В принцип работы каких поисковых средств положен эффект поглощения ионизирующего излучения

Обновлено: 12.05.2024

Выделяют 2 разновидности излучения — ионизирующее и неионизирующее. При первом реализуется возможность физического нарушения целостности нейтрально заряженного атома за счет смещения электронов с их орбиталей с образованием ионной пары, представленной выбитым электроном и остальной частью атома.

Ионные пары химически активны и способны оказывать вредное повреждающее действие на клетку (примером могут служить свободные радикалы, образующиеся из воды). Второе, не приводящее к ионизации излучение, напротив, не вызывает перемещения электронов с орбитали на орбиталь и не нарушает физической целостности атома, на который было оказано воздействие.

Ионизирующее излучение:
- Острая лучевая болезнь
- Злокачественные опухоли вторичного генеза
- Чернобыль
- Диагностические лучевые методы исследования
- Излучение низкой интенсивности
- Аварии на атомных реакторах
- Лучевая терапия
- Радионуклиды
- Радон
- Коротковолновое электромагнитное излучение:
Гамма-лучи
Рентгеновские лучи

- Корпускулярные виды излучения:
Альфа-частицы
Бета-частицы
Нейтроны
Протоны

Неионизирующее излучение:
I. Электромагнитное поле:
- Микроволновое
- Радиочастотное
- Низкочастотное
II. Оптическое излучение:
- Ультрафиолетовое
- В видимом спектре
- Инфракрасное
III. Лазерное IV. ЯМР
V. Ультразвуковое
VI. Ультрафиолетовое
VII. Мониторы с электронно-лучевыми трубками

а) Источники ионизирующего излучения. Ионизирующее излучение — это естественный процесс, происходящий в окружающей человека среде. После открытия рентгеновских лучей и радиоактивности оно стало и составной частью производственной среды.

б) Радиационный фон:
1. Годовая доза фоновой радиации колеблется от 1 до 10 мГр (от 100 до 1000 мрад).
2. Максимальная допустимая доза облучения всего тела за год для общей популяции составляет 5 мГр (500 мрад). Для работающих с радиацией за год допускается доза, в 10 раз более высокая — около 50 мГр (5000 мрад).
3. Уровень воздействия на организм человека телевизоров, люминесцирующих циферблатов часов и реакторов на несколько порядков меньше, чем фоновое облучение.

в) Основные понятия. Уровни радиации измеряются и определяются следующим образом (единицы СИ приведены в качестве основных):

Соотношения между старыми и новыми единицами измерения радиоактивности отражены в таблице ниже.

г) Виды излучения. Различные виды ионизирующего излучения отличаются друг от друга по проникающей способности, а также по тому, насколько активно они вызывают образование ионов при прохождении через среду. Ионизирующая радиация происходит естественным путем в результате распада радиоактивных элементов или продуцируется искусственно с помощью специальных приборов, например рентгеновских аппаратов.

Радиоактивным следует считать такой элемент, который обладает свойством спонтанно переходить в состояние, характеризующееся меньшим запасом энергии, испуская при этом из своего ядра частицы или гамма-лучи. К разряду частиц относятся альфа- и бета-частицы. Рентгеновские лучи возникают, когда электроны, обладающие высокой энергией, бомбардируют ядра соответствующей мишени, например тагстена. Такие разогнанные электроны, контактируя с окружающим ядро электрическим полем, отклоняются от своей траектории и испускают мощное электромагнитное излучение — рентгеновские лучи.

Альфа-частицы обычно заряжены энергией, равной примерно 4—8 млн электрон-вольт (МэВ). В воздухе они способны распространиться лишь на несколько сантиметров, а в ткани проникают на глубину до 60 микрон. Большой запас энергии наряду с очень малой протяженностью траектории обусловливает то, что ионизирующий эффект на пути следования частицы в ткани оказывается чрезвычайно мощным. Кожный эпидермис выступает надежным барьером, предотвращающим внешнее (чрескожное) воздействие альфа-частиц на организм.

Однако если элемент, испускающий альфа-частицы, попадает внутрь организма ингаляционно, через рот или открытую рану, то возникает опасность развития тяжелых нарушений, в том числе развития злокачественных новообразований. Имплантаты с радием (радий-226 и радий-222) являются примером излучателей альфа-частиц, которые используются в клинических условиях.

Бета-частицы намного слабее взаимодействуют со средой и поэтому способны проникать в живые ткани на глубину нескольких сантиметров и распространяться в воздухе на много метров. Внешнее облучение бета-частицами в определенной мере опасно, но гораздо больший вред причиняет воздействие излучения изнутри. Примерами источников бета-частиц являются такие изотопы, как углерод-14, золото-198, йод-131, радий-226, кобальт-60, селен-75 и хром-51.

Гамма-лучи представляют собой электромагнитное волновое излучение (как и рентгеновское), испускаемое ядром. В воздушной среде они проходят очень большие расстояния, распространяются на много метров и глубоко проникают в ткани, как и бета-частицы, биологически опасны и при внешнем, и при внутреннем облучении.

Медицинский персонал, занимающийся оказанием экстренной помощи, имеет наибольшую вероятность контакта с радиоактивностью в виде бета- и гамма-излучения. Альфа-излучатели — это главным образом трансурановые изотопы, и с ними, как правило, имеют дело только в лабораториях ядерной химии и на предприятиях, вырабатывающих изотопы. Примерами гамма-излучателей служат кобальт-60, цезий-137, иридий-192 и радий-226.

Однако следует иметь в виду, что при измерении радиоактивности и больного можно проконтролировать лишь уровень альфа-, бета- и гамма-излучения.

Протоны с энергетическим потенциалом в несколько МэВ образуются в мощных ускорителях и весьма активно ионизируют биологическую среду. Глубина распространения протонов в живых тканях немного больше, чем альфа-частиц с эквивалентной энергией.

Рентгеновские лучи характеризуются большей длиной волны, меньшими частотами и, следовательно, меньшей энергией, чем гамма-лучи. Биологические эффекты рентгеновского и гамма-излучения изучены лучше, чем других виды радиации. Воздействие рентгеновского изучения на организм возможно при работе с электроннолучевыми трубками и электронными микроскопами.

д) Применение. В клинической практике ионизирующее излучение применяется (а) в диагностических целях при рентгенологических исследованиях, флюороскопии, ангиографии, в стоматологической практике и компьютерной аксиальной томографии (КТ-сканировании); (б) в лучевой терапии; (в) дерматологии; (г) при радиологическом обследовании и лечебных вмешательствах; (д) в радиофармакологии. Опасность лучевого поражения существует там, где хранятся или утилизируются радиоактивные материалы.

Радиационная безопасность в отделениях радиологической диагностики и терапии обычно поддерживается на достаточно высоком уровне отвечающими за это сотрудниками. Неизбежно облучению подвергается персонал, проводящий рентгенологические исследования портативными рентгеновскими аппаратами (в операционных, приемных отделениях и блоках интенсивной терапии). При этом контроль на предмет радиационного воздействия зачастую недостаточен.

е) Предельно допустимые дозы. Рекомендации, касающиеся ионизирующего излучения для работающих на соответствующих производствах и населения в целом, кратко отражены в таблице ниже.

ж) Радиологические диагностические методы исследования. Данные по лучевой нагрузке представлены в таблицах ниже. Максимальный риск для здоровья при выполнении отдельных рентгенологических исследовании в зависимости от вида воздействия отражен в таблице ниже.

з) Беременность. Любое медицинское вмешательство нужно проводить таким образом, чтобы обследуемый получил минимальную дозу облучения. Всегда, когда речь идет о женщине детородного возраста, необходимо иметь в виду ее вероятную беременность. В течение 10 сут после менструации мала возможность зачатия и невелик риск. Он довольно мал и на протяжении остальной части цикла: в этот период также нет ограничений на диагностические исследования. Второй месяц беременности сопряжен с опасностью неправильной закладки отдельных органов.

Это доказано в экспериментах на животных, подвергаемых облучению. Воздействие радиации на передний мозг в сроки от 8 до 15 нед после оплодотворения чревато замедлением умственного развития в последующем, причем нет никаких подтверждений подобному эффекту в сроки до 8 нед. Риск возникновения злокачественных новообразований возрастает до уровня, сопоставимого с тем, что характерен для взрослых при лучевой нагрузке до нескольких десятков миллигрэй, или даже превышающего его. Яйцеклетка восприимчива к действию радиации в течение по крайней мере 7 нед до овуляции.

и) Практические рекомендации:

1. Относитесь к любой женщине детородного возраста, как к беременной, если нет оснований утверждать обратное. В последнем случае критериями исключения беременности можно считать следующие: начало менструации не позднее чем за 10 сут до исследования, прием пероральных контрацептивов, применение внутриматочных противозачаточных средств или перенесенная в прошлом хирургическая стерилизация.

2. Если не исключен факт, что женщина находится в I триместре беременности, то постарайтесь исключить облучение области таза.

3. Во время диагностических рентгенографических исследований по возможности всегда защищайте экраном область таза и живота женщины.

4. Если имеются серьезные медицинские показания для проведения обследования беременной женщины с использованием радиации, то они должны перевесить по значимости возможные отдаленные последствия как для самой больной, так и для плода. 5. Облучение области таза женщины относительно высокой дозой (от 5 до 15 рад) в I триместре беременности увеличивает риск врожденных аномалий у плода с 1 до 3 %. Такой риск может считаться основанием для искусственного прерывания беременности.

С другой стороны, если родители психологически имеют в себе силы смириться с небольшим увеличением риска возникновения врожденных недостатков у будущего ребенка, то можно рекомендовать сохранить беременность.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Гергерт В. Р., Иванцова Г. А. Исследование поглощения ионизирующих излучений различными материалами: Методические указания к лабораторным работам для студентов всех форм обучения / Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2000. – 15 с.

В методических указания представлены сведения о системных единицах измерения ионизирующих излучений, приведены нормативные значения дозовых пределов облучения человека, рассматриваются способы защиты от внешних ионизирующих излучений.

Рассмотрены и одобрены на

заседании кафедры БЖД.

Протокол № ___ от _________ г.

Виктор Рихардович Гергерт,

Галина Антоновна Иванцова

Исследование поглощения ионизирующих излучений различными

материалами

Подписано в печать 27.03.2000. Формой 6084 1/16.

Печать - ксерокопия. Усл п.л. 0,93

Уч.-изд. л. 0,85. Тир. 50 экз.

Издательство Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова, 656099, г. Барнаул, пр. Ленина. 46

Лицензия на издательскую деятельность

ЛР №020822 от 21.09.98.

Отпечатано на кафедре БЖД

Цель работы – измерение мощности экспозиционной дозы – и – излучений, изучение поглощения ионизирующих изучений различными материалами.

Ионизирующие излучения

Ионизирующие излучение – излучение, взаимодействие которого со средой приводит к образованию ионов разных знаков.

По своей природе ионизирующие излучение может быть корпускулярным, то есть состоящим из частиц с массой покоя, отличной от нуля(– и –частиц, протонов, нейтронов и др.), либо электромагнитным (гамма и рентгеновское излучение).

Альфа – излучение представляет собой поток –частиц, то есть ядер гелия, характеризующихся массовым числом 4 и положительным зарядом 2. При радиоактивном распаде одновременно с вылетом –частицы исходный атом теряет 2 электрона из внешней оболочки. Начальная скорость частиц достигает 20 000 км/с. Если бы –частица не встречала препятствий, она могла бы за 2 секунды облететь вокруг земного шара. Однако в действительности на своем пути она испытывает множество столкновений с молекулами газов воздуха. В результате этих столкновений десятки тысяч молекул подвергаются ионизации, а сама –частица быстро теряет скорость. Длина пробега –частицы в воздухе не превышает 10 см и зависит от начальной скорости частицы, а в биологических тканях до 0,1 мм. Лист бумаги полностью задерживает –частицы. Большую опасность для организма человека представляет внутреннее облучение –частицами, которое образуется при распаде радиоактивных веществ, попавших внутрь организма с воздухом, пищей и водой.

При –излучении первоначальное ядро превращается в ядро атома нового химического элемента, заряд (число протонов) которого меньше первоначального на 2, а массовое число на 4 единицы. Новый элемент в таблице Менделеева перемещается на две клетки влево (например, радий 226 превращается в радон 222).

Бета – излучение представляет собой поток отрицательно или положительно заряженных частиц с массовым числом 1/1820, выбрасываемых ядрами радиоактивных атомов при электронном и позитронном распаде.

Электронный распад – это процесс, в результате которого нейтрон ядра превращается в протон. Новый элемент будет нести заряд (число протонов) на 1 единицу больше и по таблице Менделеева передвигается на одну клетку вправо (например, стронций 90 превращается в иттрий 90). При электронном распаде из ядра вылетает с большой скорость электрон и анти-нейтрино, массовое число остается без изменения.

Позитронный распад – это процесс, в результате которого протон превращается в нейтрон, а заряд ядра уменьшается на 1. Вновь образовавшийся элемент смещается в таблице Менделеева на одну клетку влево (например, углерод 11 превращается в бор 11). При позитронном распаде из ядра вылетает позитрон и нейтрино.

По массе и ионизирующей способности –частицы уступают –частицам. Скорость пробега –частиц в воздухе близка к скорости света (270 000 км/с). Длина их пробега в воздухе до 20 м, а в биологических тканях – до 1 см, что зависит от энергии частиц. При внешнем воздействии на организм –частицы могут вызвать радиационное поражение кожи и глаз, но большую опасность представляет внутреннее облучение. Одежда поглощает до 50 % –частиц.

Существует еще электронный захват, когда ядро захватывает электрон из ближайшего К-слоя электронной оболочки, в результате чего протон, соединясь с электроном, превращается в нейтрон. Этот процесс сопровождается испусканием нейтрино и рентгеновского излучения. Атомы с одинаковым силом протонов, но с разным количеством нейтронов, называются изотопами (например, йод 131, йод 132, йод 135 и т. д. содержат в ядрах по 53 протона и, соответственно, по 78, 79 и 82 нейтрона).

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов, скорость которых достигает 300 000 км/с. Нейтроны характеризуются массовым числом 1 и отсутствием заряда. Пролетая через электронную оболочку атома нейтрон не оказывает воздействия на атом, не ионизирует его. В результате путь пробега нейтрона в воздухе и в других материалах большой. При столкновении нейтрона с электроном, находящегося на любом энергетическом уровне в атоме, возникает ионизация вещества. Столкновение нейтрона с атомом вещества приводит к атомным реакциям с сильной ионизацией вещества с образованием других излучений. При этих ядерных реакциях образуются радиоактивные изотопы, которые при дальнейшем распаде вызывают дополнительную ионизацию:

Процесс самопроизвольных превращений ядер атомов неустойчивых элементов называют радиоактивным распадом. Акт распада возникает спонтанно, его нельзя ни ускорить, ни замедлить, ни остановить.

Для характеристики устойчивости радиоактивных веществ используется понятие периода полураспада, то есть промежутка времени, в течение которого половина атомов радиоактивного вещества распадается. Период полраспада для различных изотопов изменяется от микросекунд до миллионов лет. Например, период полураспада атома натрия с массовым числом 24 составляет 15 часов, а йода с массовым числом 131 – 8 суток.

Гамма – излучение представляет собой электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. По своей природе  – излучение подобно рентгеновскому, но обладает значительно большей энергией (при меньшей длине волны). Ионизирующее действие  – излучения значительно слабее, чем у –частиц и –частиц (в соотношении приблизительно 100 000 () : 1 000 () : 1 ()). Проникающая способность у  – излучения очень высока. Так  – излучение полностью задерживается листочком алюминия толщиной 0,1 мм, для полного поглощения  – излучения необходим уже слой алюминия толщиной 5 мм, тогда как нейтронное и  – излучения такой пластинкой почти не задерживаются.

Источником ионизирующего излучения является объект, содержащий радиоактивный материал в том числе живые организмы или техническое устройство, испускающее или способное в определенных условиях испускать ионизирующее излучение.

Излучение может иметь естественный и техногенный фон.

Естественный фон излучения – доза ионизирующего излучения, создаваемое космическим излучением и излучением естественно распределенных природных радионуклидов в поверхностных слоях Земли, приземной атмосфере, продуктах питания, воде и в организме человека.

Техногенный фон излучения – естественный фон излучения, измененный в результате загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами при авариях, катастрофах и взрывах. Основное техногенное загрязнение территории Алтайского края радиоактивными веществами произошло в результате испытаний ядерного и термоядерного оружия на Семипалатинском полигоне.

Персонал – лица работающие с техногенными источниками (группа А) или находящиеся по условиям работы в сфере их воздействия (группа Б).

Активность – мера радиоактивности. Для определенного количества радионуклида в определенном энергетическом состоянии в заданный момент времени активность, А, задаётся в виде:

dN – ожидаемое число спонтанных ядерных превращений от данного энергетического уровня за интервал d.

В системе СИ единица измерения активности является обратная секунда, с -1 , имеющая специальное название беккерель (Бк).

В наш век техногенных катастроф, очень важно защитить себя от их последствий. В последнее время часто обсуждается тема радиационной опасности. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Радиация невидима, и в этом ее коварство. Мной был проведен социологический опрос среди жителей близлежащего микрорайона.

Цель соцопроса: выявить степень осведомленности и уровень знаний граждан в вопросах радиационного нормирования.

Мы решили изготовить счетчик, позволяющий простому обывателю определить, превышает ли уровень радиации естественный радиационный фон.

Цели работы:

- изучить вопрос радиационного нормирования;

- ознакомиться с характеристиками детектируемого излучения и видами счетчиков ионизирующего излучения;

- разработать и собрать модель счетчика ионизирующего излучения.

В процессе работы был собран счетчик, работающий по принципу счетчика Гейгера.

Собранный нами прибор прост в обращении и дешев в изготовлении. При этом решает свою главную задачу: позволяет определить: радиационный фон соответствует естественному или он повышен.

Поставленная в работе цель была решена.

Вложение	Размер
rabota.docx	657.31 КБ

Предварительный просмотр:

Разработка модели детектора

Направление: науки естественно-научного цикла

Выполнил: Воронов Дмитрий Евгеньевич, 11 А класс

г. Курчатова Курской области

г. Курчатов, 2013 год

Обоснование выбора задачи…………………………………………………3

Описание характеристик детектируемого излучения ……. …………….. 6

Детекторы ионизирующего излучения………………………………………7

- Этапы сборки счетчика ионизирующего излучения . 12

- Проверка работоспособности счетчика …………………………. ………13

Обоснование выбора задачи: В наш век техногенных катастроф, очень важно защитить себя от их последствий. В последнее время часто обсуждается тема радиационной опасности. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Радиация невидима, и в этом ее коварство. Только электроника поможет ее обнаружить.

Не может остаться без внимания случай произошедший в Челябинской области. Упавший метеорит безусловно влечет за собой

СПРАВКА. Естественный радиационный фон не должен превышать 20-25 мкР/ч, а предельно допустимый уровень радиационного фона составляет 50 мкР/ч. Гранитные породы, например, могут давать фон до 30-40 мкР/час и более. В Финляндии естественный радиационный фон достигает 50 мкР/час в связи с многочисленными выходами на поверхность скальных пород.

Я живу в городе Курчатове – спутнике Курской атомной электростанции. В центре города на здании гостиницы Россия установлен индикатор радиационного фона. Мной был проведен социологический опрос среди жителей близлежащего микрорайона.

Цель соцопроса: выявить степень осведомленности и уровень знаний граждан в вопросах радиационного нормирования.

- изучить вопрос радиационного нормирования;

- ознакомиться с характеристиками детектируемого излучения и видами счетчиков ионизирующего излучения;

- разработать и собрать модель счетчика ионизирующего излучения.

Теоретическая часть работы

По статистическим данным от естественного источника излучения (солнца) мы получаем следующие дозы облучения:

Если за условную единицу принять уровень облучения в Москве в течении часа, то в Сочи на морском побережье он составит в 30 раз меньше. Жители гор получают уровень радиации в 2 больше москвичей. Доза, набранная в авиалайнере на высоте 12 км в 50 раз больше столичного эталона. Летчики сверхзвукового самолета на высоте 20 км хватают в час дозу в 130 раз больше, чем среднестатистический москвич.

Описание характеристик детектируемого излучения:

γ-излучение — вид электромагнитного излучения с малой длиной волны (менее 5·10 −3 нм). У данного излучения ярко выражены корпускулярны е свойства и слабо - волновые.

γ-квантами являются фотоны с высокой энергией. Энергия квантов γ-излучения превышают 10 5 эВ .

γ-излучение испускается ядрами атомов при α- и β- распадах природных искусственных радионуклидов в тех случаях, когда в дочернем ядре оказывается избыток энергии, не захваченный корпускулярным излучением (α- и β-частицей). Этот избыток энергии мгновенно высвечивается в виде γ-квантов. Кроме того, γ-кванты образуются при антигиляции позитрона и электрона. Т.е. γ-излучения – это поток электромагнитных волн (квантов), который излучается в процессе радиоактивного распада при изменении энергетического состояния ядер. γ-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей , не отклоняются электрическими и магнитными полями , характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. γ-кванты вызывают ионизацию атомов вещества.

Основные процессы, возникающие при прохождении γ-излучения через вещество:

- фотоэффект — энергия γ-кванта поглощается электроном оболочки атома, и электрон, совершая работу выхода, покидает атом (который становится ионизированным).

- эффект Комптона — γ-квант рассеивается при взаимодействии с электроном, при этом образуется новый γ-квант, меньшей энергии, что также сопровождается высвобождением электрона и ионизацией атома.

- эффект образования новой пары — γ-квант в поле ядра превращается в электрон и позитрон.

- ядерный фотоэффект — явление испускания ядрами нуклонов из ядра при фотоядерных реакциях, которые происходят при поглощении γ-квантов ядрами атомов.

Зарегистрировать γ-кванты можно с помощью ряда детекторов ионизирующего излучения: сцинтилляционные счетчики, газовые и полупроводниковые детекторы.

Детекторы ионизирующего излучения.

Счётчик Гейгера - Мюллера необходим для автоматического подсчёта числа попавших в него ионизирующих частиц . Представляет собой газонаполненный конденсатор, который пробивается при пролёте ионизирующей частицы через объём газа. Работа счетчика основана на ударной ионизации γ-квантов, испускаемых радиоактивным изотопом. Попадая на стенки счетчика они выбивают из него электроны. Электроны, двигаясь в газе и сталкиваясь с атомами газа, выбивают из атомов электроны и создают положительные ионы и свободные электроны. Электрическое поле между катодом и анодом ускоряет электроны до энергий, при которых начинается ударная ионизация. Возникает лавина ионов, и ток через счетчик резко возрастает. При этом на сопротивлении R образуется импульс напряжения, который подается в регистрирующее устройство.

Сцинтилляционные счетчики – прибор для регистрации ядерных излучений и элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов, γ-квантов, мезонов и т. д.). П ринцип действия основан на способности некоторых материалов преобразовывать ядерное излучение в свет. Поэтому на основе сцинтилляционного материала и оптического детектора фотонов можно реализовать датчик радиоактивных излучений. Следует отметить, что, несмотря на высокую эффективность преобразований, интенсивность полученного в результате облучения материала света всегда очень мала. Поэтому в состав сцинтилляционных датчиков для усиления сигнала до требуемого уровня обычно входит фотоумножитель.

В сцинтилляционном счетчике заряженная частица, проходя через сцинтиллятор, наряду с ионизацией атомов и молекул возбуждает их. Возвращаясь в невозбуждённое (основное) состояние, атомы испускают фотоны. Фотоны, попадая на катод фотоэлектронного умножителя, выбивают электроны, в результате чего на аноде фотоумножителя возникает электрический импульс, который далее усиливается и регистрируется. Детектирование нейтральных частиц (нейтронов, γ-квантов) происходит по вторичным заряженным частицам, образующимся при взаимодействии нейтронов и γ-квантов с атомами сцинтиллятора.

Газовые детекторы - основаны на способности некоторых газов и твердых тел вырабатывать ионные пары при воздействии на них ионизационного излучения. Далее положительные и отрицательные ионы при помощи электростатического поля отделяются друг от друга и их количество измеряется. Б лагодаря хорошей чувствительности к излучениям разных видов, относительной простоте и дешевизне являются широко распространенными приборами регистрации излучений.

Практическая часть работы.

Так как предполагается, что наш счетчик будет снабжен звонком или контрольной лампочкой, то его без особых навыков сможет использовать обучающийся школы, простой обыватель, а также младший технический персонал АЭС.

Разработка модели детектора ионизирующего излучения.

Нами была изготовлена экспериментальная модель индикатора радиации с помощью подручных средств. Изготовленный индикатор, можно использовать в качестве замены трубки счетчика Гейгера. Сама трубка счетчика Гейгера довольна дорогостоящая и редка. Особенность трубки счетчика Гейгера в том, что она линейно может выдавать импульсы в зависимости от радиационного фона от единиц микрорентген и до сотен рентген. Но простому обывателю совсем не нужно знать точно уровень радиации в таком широком диапазоне, а достаточно только определить, что она есть и превышает естественный фон.

Данная м одель состоит из металлического корпуса, в который мы поместили изогнутый стальной стержень, изолируемый пластмассовой пробкой (так чтобы стержень не касался корпуса). Далее к стержню прикрепляется полевой транзистор КП302А, к которому последовательно подсоединяется обычный тестер сопротивления.

С помощью контрольного препарата проверили модель на работоспособность.

На фотографии видим, что прибор работает.

Принцип работы нашего прибора аналогичен принципу работы счетчика Гейгера-Мюллера.

γ-кванты, испускаемые радиоактивным изотопом, попадая на стенки корпуса, выбивают из него электроны, тем самым создается небольшое сопротивление, что и показывает тестер (0,05).

Самодельный счетчик эффективен лишь на очень близком расстоянии от источника ионизирующего излучения.

На следующем этапе нашей работы был сделан более точный и эффективный прибор, фиксирующий гамма-излучения в окружающей среде (граните, в местах с повышенным радиационным фоном и т.д.).

Естественно, что обывателю совсем не нужно знать точно уровень радиации в таком широком диапазоне, а достаточно только определить, что она есть и превышает естественный фон. Для работы трубки счетчика Гейгера необходимо высокое напряжение. Был собран преобразователь по следующей схеме:

В схеме использован транзистор, разработанный специально для ключевых схем. Область применения - линейные и импульсные схемы широкого специального применения. Он обладает очень низким напряжением насыщения КЭ. Трансформатор выполнен на броневом магнитопроводе из феррита 2000НМ. Вторичная обмотка выполнена проводом 0,08 и состоит из 3 слоев по 180 витков, для исключения межвиткового пробоя. Первичная обмотка состоит из 13 витков, с отводом от верхнего конца на 5-м витке. Частота работы генератора около 100Гц. Высоковольтные импульсы выпрямляются двумя включенными последовательно диодами кд102А с обратным напряжением 250 вольт и чрезвычайно низким обратным током- 0,1мкА, которым мало какие современные диоды могут похвастаться. Применение других диодов приведет к созданию дополнительной нагрузки на преобразователь и повышению потребляемого им тока. Накопительный конденсатор заряжается до напряжения 360 вольт, при входном напряжении преобразователя 9 вольт и входном токе 0,7 мА. Положительно заряженный полюс конденсатора подключается к спице, а медная проволока датчика, которая служит отрицательным полюсом,- к резистору R2. При отсутствии излучения ток через R2 не протекает.

При попадании в счетчик ионизирующей частицы, в нем происходит разряд и в этот момент через него протекает небольшой импульс тока. Для того, чтобы "озвучить" этот импульс параллельно резистору R2 мы планируем подключить звукоизлучатель от звонка телефона. При прохождении частиц происходит ионизация газа и возникает разряд, который будет слышен в излучателе (щелчок).

Этапы сборки счетчика ионизирующего излучения.

Рассмотрим этапы сборки нашего счетчика.

На пластину из фольгированного текстолита (размер 10х12 см) нанесли схему нашего счетчика. Затем нарисованные дорожки были покрыты цапонлаком. Данную пластину опустили в раствор хлорного железа (порошок коричневого цвета). Приблизительно через час раствор съел всю медную фольгу, оставив только дорожки, покрытые цапонлаком.

У нужных местах схемы были просверлены тонкие отверстия, чтобы закрепить необходимые детали счетчика. Затем все пропаяли оловом. По окончании пайки дорожки были покрыты цапонлаком.

Для придания более эстетичного вида счетчику изготовили пластмассовую коробочку – корпус, которую впоследствии покрасили в черный цвет. Чтобы хорошо были слышны щелчки в корпусе, сделали несколько отверстий в том месте, где расположен пьезокерамический излучатель.

Проверка работоспособности счетчика

При включении собранного нами счетчика мы слышим редкие щелчки. В среднем слышно 1-2 разряда в секунду. Это соответствует естественному радиационному фону. При нормальном, естественном радиационном фоне будет не более 25-ти щелчков в минуту, что соответствует 15 мкР / час. Если при поднесении к какому-то предмету частота щелчков резко увеличивается, это говорит о том, что он имеет собственную радиоактивность.

Контрольный препарат позволяет проверить работоспособность нашего счетчика. При поднесении данного контрольного препарата к собранному счетчику частота щелчков редко возрастает. Следовательно, данный препарат обладает собственной радиоактивностью. Также будут учащаться щелки в случае повышения радиационного фона.

Данный контрольный препарат излучает β и γ частицы. Доказательством этого служит следующий проведенный опыт.

Если в момент поднесения препарата к собранному счетчику, на пути частиц поместить лист бумаги, сложенный в несколько слоев, то частота щелчков уменьшается. При излучении препаратор α-частиц щелчки бы прекратились совсем. Значит контрольный препарат излучает β и γ частицы.

Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.

Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).

Источники излучения

Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.

Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.

На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.

Воздействие ионизирующего излучения

Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.

Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.

Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.

Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.

Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).

Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.

Первый случай — это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.

Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.

Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.

На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население. Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.

Последствия ионизирующего излучения для здоровья

Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр).

Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей.

Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год.

Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).

Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.

Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).

Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.

Деятельность ВОЗ

ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.

В соответствии с основной функцией, касающейся "установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля" ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.

Радиация и виды радиоактивных излучений, состав радиоактивного (ионизирующего) излучения и его основные характеристики. Действие радиации на вещество.

Что такое радиация

Для начала дадим определение, что такое радиация:

В процессе распада вещества или его синтеза происходит выброс элементов атома (протонов, нейтронов, электронов, фотонов), иначе можно сказать происходит излучение этих элементов. Подобное излучение называют - ионизирующее излучение или что чаще встречается радиоактивное излучение, или еще проще радиация. К ионизирующим излучениям относится так же рентгеновское и гамма излучение.

Радиация - это процесс излучения веществом заряженных элементарных частиц, в виде электронов, протонов, нейтронов, атомов гелия или фотонов и мюонов. От того, какой элемент излучается, зависит вид радиации.

Ионизация - это процесс образования положительно или отрицательно заряженных ионов или свободных электронов из нейтрально заряженных атомов или молекул.

Радиоактивное (ионизирующее) излучение можно разделить на несколько типов, в зависимости от вида элементов из которого оно состоит. Разные виды излучения вызваны различными микрочастицами и поэтому обладают разным энергетическим воздействие на вещество, разной способностью проникать сквозь него и как следствие различным биологическим действием радиации.

Альфа, бета и нейтронное излучение - это излучения, состоящие из различных частиц атомов.

Гамма и рентгеновское излучение - это излучение энергии.

Альфа излучение

излучаются: два протона и два нейтрона
проникающая способность: низкая
облучение от источника: до 10 см
скорость излучения: 20 000 км/с
ионизация: 30 000 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: высокое

Альфа (α) излучение возникает при распаде нестабильных изотопов элементов.

Альфа излучение - это излучение тяжелых, положительно заряженных альфа частиц, которыми являются ядра атомов гелия (два нейтрона и два протона). Альфа частицы излучаются при распаде более сложных ядер, например, при распаде атомов урана, радия, тория.

Альфа частицы обладают большой массой и излучаются с относительно невысокой скоростью в среднем 20 тыс. км/с, что примерно в 15 раз меньше скорости света. Поскольку альфа частицы очень тяжелые, то при контакте с веществом, частицы сталкиваются с молекулами этого вещества, начинают с ними взаимодействовать, теряя свою энергию и поэтому проникающая способность данных частиц не велика и их способен задержать даже простой лист бумаги.

Однако альфа частицы несут в себе большую энергию и при взаимодействии с веществом вызывают его значительную ионизацию. А в клетках живого организма, помимо ионизации, альфа излучение разрушает ткани, приводя к различным повреждениям живых клеток.

Из всех видов радиационного излучения, альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью, но последствия облучения живых тканей данным видом радиации наиболее тяжелые и значительные по сравнению с другими видами излучения.

Облучение радиацией в виде альфа излучения может произойти при попадании радиоактивных элементов внутрь организма, например, с воздухом, водой или пищей, а также через порезы или ранения. Попадая в организм, данные радиоактивные элементы разносятся током крови по организму, накапливаются в тканях и органах, оказывая на них мощное энергетическое воздействие. Поскольку некоторые виды радиоактивных изотопов, излучающих альфа радиацию, имеют продолжительный срок жизни, то попадая внутрь организма, они способны вызвать в клетках серьезные изменения и привести к перерождению тканей и мутациям.

Радиоактивные изотопы фактически не выводятся с организма самостоятельно, поэтому попадая внутрь организма, они будут облучать ткани изнутри на протяжении многих лет, пока не приведут к серьезным изменениям. Организм человека не способен нейтрализовать, переработать, усвоить или утилизировать, большинство радиоактивных изотопов, попавших внутрь организма.

Нейтронное излучение

излучаются: нейтроны
проникающая способность: высокая
облучение от источника: километры
скорость излучения: 40 000 км/с
ионизация: от 3000 до 5000 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: высокое

Нейтронное излучение - это техногенное излучение, возникающие в различных ядерных реакторах и при атомных взрывах. Также нейтронная радиация излучается звездами, в которых идут активные термоядерные реакции.

Не обладая зарядом, нейтронное излучение сталкиваясь с веществом, слабо взаимодействует с элементами атомов на атомном уровне, поэтому обладает высокой проникающей способностью. Остановить нейтронное излучение можно с помощью материалов с высоким содержанием водорода, например, емкостью с водой. Так же нейтронное излучение плохо проникает через полиэтилен.

Нейтронное излучение при прохождении через биологические ткани, причиняет клеткам серьезный ущерб, так как обладает значительной массой и более высокой скоростью чем альфа излучение.

Бета излучение

излучаются: электроны или позитроны
проникающая способность: средняя
облучение от источника: до 20 м
скорость излучения: 300 000 км/с
ионизация: от 40 до 150 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: среднее

Бета (β) излучение возникает при превращении одного элемента в другой, при этом процессы происходят в самом ядре атома вещества с изменением свойств протонов и нейтронов.

При бета излучении, происходит превращение нейтрона в протон или протона в нейтрон, при этом превращении происходит излучение электрона или позитрона (античастица электрона), в зависимости от вида превращения. Скорость излучаемых элементов приближается к скорости света и примерно равна 300 000 км/с. Излучаемые при этом элементы называются бета частицы.

Имея изначально высокую скорость излучения и малые размеры излучаемых элементов, бета излучение обладает более высокой проникающей способностью чем альфа излучение, но обладает в сотни раз меньшей способность ионизировать вещество по сравнению с альфа излучением.

Бета радиация с легкостью проникает сквозь одежду и частично сквозь живые ткани, но при прохождении через более плотные структуры вещества, например, через металл, начинает с ним более интенсивно взаимодействовать и теряет большую часть своей энергии передавая ее элементам вещества. Металлический лист в несколько миллиметров может полностью остановить бета излучение.

Если альфа радиация представляет опасность только при непосредственном контакте с радиоактивным изотопом, то бета излучение в зависимости от его интенсивности, уже может нанести существенный вред живому организму на расстоянии несколько десятков метров от источника радиации.

Если радиоактивный изотоп, излучающий бета излучение попадает внутрь живого организма, он накапливается в тканях и органах, оказывая на них энергетическое воздействие, приводя к изменениям в структуре тканей и со временем вызывая существенные повреждения.

Некоторые радиоактивные изотопы с бета излучением имеют длительный период распада, то есть попадая в организм, они будут облучать его годами, пока не приведут к перерождению тканей и как следствие к раку.

Гамма излучение

излучаются: энергия в виде фотонов
проникающая способность: высокая
облучение от источника: до сотен метров
скорость излучения: 300 000 км/с
ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: низкое

Гамма (γ) излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов.

Гамма радиация сопровождает процесс распада атомов вещества и проявляется в виде излучаемой электромагнитной энергии в виде фотонов, высвобождающихся при изменении энергетического состояния ядра атома. Гамма лучи излучаются ядром со скоростью света.

Когда происходит радиоактивный распад атома, то из одних веществ образовываются другие. Атом вновь образованных веществ находятся в энергетически нестабильном (возбужденном) состоянии. Воздействую друг на друга, нейтроны и протоны в ядре приходят к состоянию, когда силы взаимодействия уравновешиваются, а излишки энергии выбрасываются атомом в виде гамма излучения

Гамма излучение обладает высокой проникающей способностью и с легкостью проникает сквозь одежду, живые ткани, немного сложнее через плотные структуры вещества типа металла. Чтобы остановить гамма излучение потребуется значительная толщина стали или бетона. Но при этом гамма излучение в сто раз слабее оказывает действие на вещество чем бета излучение и десятки тысяч раз слабее чем альфа излучение.

Основная опасность гамма излучения - это его способность преодолевать значительные расстояния и оказывать воздействие на живые организмы за несколько сотен метров от источника гамма излучения.

Рентгеновское излучение

излучаются: энергия в виде фотонов
проникающая способность:высокая
облучение от источника: до сотен метров
скорость излучения: 300 000 км/с
ионизация: от 3 до 5 пар ионов на 1 см пробега
биологическое действие радиации: низкое

Рентгеновское излучение - это энергетическое электромагнитное излучение в виде фотонов, возникающие при переходе электрона внутри атома с одной орбиты на другую.

Рентгеновское излучение сходно по действию с гамма излучением, но обладает меньшей проникающей способностью, потому что имеет большую длину волны.

Рассмотрев различные виды радиоактивного излучения, видно, что понятие радиация включает в себя совершенно различные виды излучения, которые оказывают разное воздействие на вещество и живые ткани, от прямой бомбардировки элементарными частицами (альфа, бета и нейтронное излучение) до энергетического воздействия в виде гамма и рентгеновского излечения.

Каждое из рассмотренных излучений опасно!

Сравнительная таблица с характеристиками различных видов радиации

характеристика	Вид радиации
характеристика	Альфа излучение	Нейтронное излучение	Бета излучение	Гамма излучение	Рентгеновское излучение
излучаются	два протона и два нейтрона	нейтроны	электроны или позитроны	энергия в виде фотонов	энергия в виде фотонов
проникающая способность	низкая	высокая	средняя	высокая	высокая
облучение от источника	до 10 см	километры	до 20 м	сотни метров	сотни метров
скорость излучения	20 000 км/с	40 000 км/с	300 000 км/с	300 000 км/с	300 000 км/с
ионизация, пар на 1 см пробега	30 000	от 3000 до 5000	от 40 до 150	от 3 до 5	от 3 до 5
биологическое действие радиации	высокое	высокое	среднее	низкое	низкое

Как видно из таблицы, в зависимости от вида радиации, излучение при одной и той же интенсивности, например в 0.1 Рентген, будет оказать разное разрушающее действие на клетки живого организма. Для учета этого различия, был введен коэффициент k, отражающий степень воздействия радиоактивного излучения на живые объекты.

Коэффициент k
Вид излучения и диапазон энергий	Весовой множитель
Фотоны всех энергий (гамма излучение)	1
Электроны и мюоны всех энергий (бета излучение)	1
Нейтроны с энергией 20 МэВ (нейтронное излучение)	5
Протоны с энергий > 2 МэВ (кроме протонов отдачи)	5
Альфа-частицы, осколки деления и другие тяжелые ядра (альфа излучение)	20

Чем выше "коэффициент k" тем опаснее действие определенного вида радиции для тканей живого организма.

Видео: Виды радиации

Читайте также: