Ионизирующее излучение и его источники

Ионизирующее излучение это особый вид энергии, который высвобождается атомами в виде электромагнитных волн (гамма- или рентгеновского излучения) или частиц, таких как нейтроны, бета или альфа. Спонтанный распад атомов получил название радиоактивность, а избыток возникающей при этом свободной энергии является формой ионизирующего излучения. При этом нестабильные элементы, генерирующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называют радионуклидами.

Ионизирующим называют излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию заряженных частиц, таким образом вместо нейтральных молекул и атомов генерируются заряженные частицы.

В ФЗ «О радиационной безопасности населения» с изменениями от 19 июля 2011 дается следующее определение:

Ионизирующее излучение - создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средой ионы разных знаков

Проходя сквозь вещество, альфа-частицы оставляют вдоль своего пути зону сильной ионизации, разрушений и локального перегрева среды

Ионизация атома – как это происходит:

При ионизации за счет удаления электрона с внутренней оболочки атома на ней образуется свободное место (вакансия), которая заполняется электроном из выше расположенной оболочки с меньшей энергией связи. Это создает, в свою очередь, новую вакансию, и процесс будет повторяться до тех пор, пока не произойдёт захвата электрона из вне.

Разность между энергиями связи на оболочках освобождается в виде рентгеновского излучения. Каждый атом имеет характерный только для него набор энергетических уровней, и, таким образом, спектр рентгеновского излучения, возникающего вследствие образования вакансии, является характеристикой атома, а рентгеновское излучение называют характеристическим рентгеновским излучением.

Поэтому энергетический спектр характеристического рентгеновского излучения имеет дискретный или линейчатый вид.

Все радионуклиды идентифицируются по виду создаваемого ими излучения, его энергии периоду полураспада. Активность, применяемая в роли показателя количества имеющегося радионуклида, выражается в единицах, получивших название беккерелей (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, нужное для того, чтобы активность радионуклида в результате распада снизилась наполовину от его начального значения. Период полураспада радиоактивного элемента определяется временем, в течение которого осуществляется распад половины его атомов. Время может лежать в интервале от долей секунды до миллионов лет (полураспад йода-131 - 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет.

Ионизирующие и неионизирующие излучения

Ионизацией называют процесс образования положительных и отрицательных ионов или свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул.

При оценке эффекта от излучения, при взаимодействии с живыми организмами принято условное разделение излучений на неионизирующие и ионизирующие. Радиация будет считаться ионизирующей только в том случае, если она может разрывать химические связи молекул, из которых состоит любой биологический организм, и тем самым вызывать различные биологические изменения

К ионизирующей радиации принято относить ультрафиолетовые и рентгеновские лучи, а также γ - кванты. Причем, чем больше их частота, тем выше их энергия и тем сильнее эффект проникающей способности.

Еще большую степень ионизации молекул биологического объекта вызывает воздействие элементарных частиц: позитронов, электронов, протонов, нейтронов и т. д., поскольку они имеют очень высокий заряд кинетической энергией.

Свет, радиоволны, инфракрасное тепло идущее от Солнца, также есть не что иное как разновидность радиации. Однако они не способны вызвать повреждения биологического организма с помощью ионизации, хотя, безусловно, способны оказывать достаточно серьезные биологические эффекты, если интенсивность и длительность их воздействия существенно увеличить.

Как мы уже знаем, в 1895 году немец Конрад Рентген (1845—1923) открыл свои известные Х-лучи, которые чуть позже весь мир назвал рентгеновскими.

Также давно известно, что отдельные вещества после воздействия на них солнечным светом способны какое-то время светиться в темноте холодным светом, т. е. люминесцироватъ. Поэтому после открытия рентгеновских лучей физик Анри Беккерель (1852—1908) решил узнать, не связан ли эффект люминесценции с излучением рентгеновских лучей.

Для исследования французкий ученый выбрал флуоресценцирующие соли урана, Если флуоресценция сопровождается рентгеновским излучением, то образцы соли урана должны оставить какие-либо отпечатки на фотопластинке, помещенной в черную бумагу. Так думал Беккерель-младший. Эксперимент подтвердил правильность его задумки.

Однажды в ходе проводимых опытов, прежде чем выставить на облучение новую пластинку, он решил проявлять старую, ту которая пролежала несколько дней в ящике стола, завернутая в черную бумагу. На негативе он увидел темные пятна, в точности повторяющие форму и положение образцов урановой соли. А ведь эти образцы предварительно не освещались, как в предыдущих экспериментах. Один и тот же образец урана вызывал в течение суток аналогичное потемнение фотопластинок, как и ранее.

В этих опытах Беккерел удивило то, что способность урана действовать на фотопластинки совершенно не снизилась со временем. Так, 1 марта 1896 года было открыто новое явление. Урановая соль испускала неизвестные лучи похожие на рентгеновские, которые проходили через плотную бумагу, дерево, тонкие металлические полосы, живую ткань. Они ионизировали воздух, аналогично рентгеновским лучам. Но это были не Х-лучи. Рентгеновские лучи способны отражаться и преломляться, а лучи Беккереля этого свойства не имели. Поставив серию опытов, Анри Беккерель понял, что источником его лучей является химический элемент — уран.

Лучи, открытые французким ученым Анри Беккерелем, стали называть радиоактивными, а сам эффект их испускания — радиоактивностью.

Чуть позже физикам удалось выяснить, что радиоактивность это естественный самопроизвольный распад неустойчивых атомов. Например, уран при распаде создает целый ряд других радиоактивных элементов и в финале превращений становится стабильным изотоп свинца.

Источники ионизирующего излучения

Люди каждый день своей жизни подвергаются воздействию естественного ионизирующего излучения из различных источников. Так например, газ Радон, естественным образом образуется из горных пород, почвы и в принципе является главным источником естественного излучения. Ежедневно человек вдыхает и поглощают радионуклиды из воздуха, воды и пищи.

Биологические организмы подвергаются кроме того воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно это выражено на большой высоте (во время перелета на самолете). В среднем 80% ежегодной дозы, человек получает от фонового излучения. Причем воздействие в некоторых облостях может быть раз в 200 выше средней величины.

На человека воздействует также ионизирующие излучение из искусственных источников, например от производства ядерной энергии до различного медицинского использования радиационной диагностики. Сегодня самыми основными искусственными источниками ионизирующего излучения являются рентгеновские аппараты и другое медицинское оборудования, а также досмотровая техника в аэропортах, вокзалах и метро.