Напишем:


✔ Реферат от 200 руб., от 4 часов
✔ Контрольную от 200 руб., от 4 часов
✔ Курсовую от 500 руб., от 1 дня
✔ Решим задачу от 20 руб., от 4 часов
✔ Дипломную работу от 3000 руб., от 3-х дней
✔ Другие виды работ по договоренности.

Узнать стоимость!

Не интересно!

 

 

 

Радиоактивные загрязнения


                                                                     

Существенно отличаются от других видов загрязнителей - радиоактивные выбросы.

Радиоактивные нуклиды - это ядра нестабильных химических элементов, испускающих заряженные частицы и коротковолновые электромагнитные излучения. Именно эти частицы и излучения, попадая в организм человека, разрушают клетки, вследствие чего могут возникнуть различные болезни, в том числе и лучевая.

Под действием иониэирующегог излучения на организм человека могут происходить сложные физические и биологические процессы. В результате ионизации живой ткани происходит разрыв молекулярных связей и изменение химической структуры различных соединений, что в свою очередь приводит к гибели клеток.

Еще более существенную роль в формировании биологических последствий играют продукты радиолиза воды, которая составляет 60-70% биологической ткани. Под действием ионизирующего излучения на воду образуются свободные радикалы Н и ОН. В присутствии кислорода появляются также свободные радикалы гидропероксида (НО2) и пероксида (Н2О2), являющиеся сильными окислителями. Продукты радиолиза вступают в химические реакции с молекулами тканей, образуя соединения, не свойственные здоровому организму. Это приводит к нарушению отдельных функций или систем, а также жизнедеятельности организма в целом.

Интенсивность химических реакций , индуцированных сободными радикалами, повышается. В них вовлекаются сотни и тысячи молекул, не затронытых облучением. В этом состоит специфика действия  ионизирующего излучения на биологические объекты.. Производимый излучением эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии, в облучаемом объекте, сколько  той формой, в которой эта энергия передается. Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологически объектом в том же количестве, не приволит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующие излучения.

Нарушения биологических процессов могут быть либо обратимыми, когда нормальная работа клеток облученной ткани полностью восстанавливается, либо необратимыми, ведущими к поражению отдельных органов или всего организма и возникновению раковых клеток и лучевой болезни

В биосфере повсюду есть естественные источники радиоактивности, и человек, как и все живые организмы всегда подвергается естественному облучению. В земной коре содержится радиоактивный калий – 40 и углерод – 14; в земной атмосфере – газ-радон. Известны около 50 природных и 200 искусственных радиоизотопов

Космические лучи представляют поток протонов и α-частиц, приходящих на Землю из мирового пространства.

Внешнее облучение организмов происходит за счет излучения космического происхождения и радиоактивных нуклидов, находящися в окружающей среде.

Внутреннее облучение создается радиоактивными элементами, попадающими в организм человека с воздухом, водой и пищей.

Различают корпускулярное и фотонное ионизирующее излучение.

К корпускулярному излучению относятся :α-частицы (ионизированные атомы Не). При α-распаде ядра радионуклида испускают частицы,обладающие одной и той же энергией.

Источники α – излучений : радий, уран, плутоний;

β-частицы – поток электронов или позитронов, двигающихся соскоростью 3х105 м/с. При β-распаде различные ядра данного радионуклида испускают β- частицы различной энергии. Источники бета – излучений : стронций, иттрий.

Нейтроны (нейтронное излучение) – нейтральные элементарные частицы. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, при прохождении через вещество они взаимодействуют только с ядрами атомов. При этом образуются либо заряженные частицы ( ядра отдачи, протоны, дейтроны, либо γ-излучение,вызывающее ионизацию.

Фотонное излучение поток электромагнитных колебаний, которые распространяются в вакууме с постянной скоростью 300000 км/с. К нему относятся γ- излучение (λ10-12м) , характеристическое, тормозное и рентгеновсое излучение(λ=10-9-10-12 м).

Обладая одной и той же природой, эти виды электромагнитных излучений различаются условиями образования, а также свойствами : длиной волны и энергией.

Так γ-излучение испускается при ядерных превращениях , например, циркония.

Характеристическое излучение имеет дискретный спектр, испускаемый при при изменении энергетического состояния атома, обусловленного перестройкой внутренних электронных оболочек.

Тормозное излучение связано с изменением кинетической энергии заряженных частиц.

Рентгеновское излучение совокупность тормозного ихарактеристическогоизлучения.

Количественный мерой воздействия кеорпускулярного излучения на биологический объекты служит поглощенная доза Дп - средняя энергия, переданная излучением единице массы вещества. Единица поглощенной дозы - грей (Гр), названа в честь физика Грея, 1Гр = 1 Дж/кг. На практике применяется также внесистемная единица - 1 рад = 0,01 Гр.

При ежедневном воздействии дозы всего 0.002 – 0.005 Гр уже наступают изменения в крови. Доза 6 Гр приводит к 100 % летального исхода. (Для обычных энергий этого количесства достаточно лишь для нагрева стакана воды). Дозы в 2,4-4,2 Гр равнозначны LD50.

Облучение зависит от частоты. Одноразовое облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем в несколько приемов.

Чем выше на эволюционной лестнице стоят организмы, тем они радиочувствительнее.

Костный мозг и другие элементы кроветворной системы теряют способность функционировать уже при дозах облучения от 0.5 до 1 Гр (50-100 рад). Облучение семенников дозой в 0.1 Гр приводят к временной стерильности мужчин. Яичники гораздо менее чувствительны к действию радиации, но однократная доза 3 Гр все же приводит их к стерильности. У мужчин полная стерильность наступает при облучении дозой свыше 2 Гр.

В то же время почки выдерживают суммарную дозу более 23 Гр, мочевой пузырь – 55 Гр за 4 недели, а зрелая хрящевая ткань – до 70 Гр.

У детей же при получении сравнительно небольшой дозы хрящевой тканью может вообще остановиться рост костей..

В костных тканях отлагаются : источники альфа – излучений : радий, уран, плутоний; бета – излучений : стронций, иттрий; гамма – излучений : цирконий. Эти элементы химически связываются с костной тканью и с трудом выводятся из организма.

Поглощенная доза излучения зависит от свойств излучения и поглощающей среды.

Излучения характеризуются по их ионизирующей и проникающей способности.

Ионизирующая способность излучения определяется удельной ионизацией, т.е. числом пар ионов, создаваемых частицей в единице объема, массы среды или на единице длины пути.

Проникающая способность излучений определяется величиной пробега. Пробегом называется путь, пройденный частицей в веществе до ее полной остановки, обусловленной тем или иным видом взаимодействия.

α- частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью и наименьшей проникающей способностью. Их удельная ионизация изменяетсях от 25 до 60 тыс. пар ионов на 1 см пути в воздухе. Длина пробега частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, а в мягкой биологической ткани - несколько десятков микрон

β- излучение имеет существенно меньшую ионизирующую способность и большую проникающую способность. Средняя величина удельной ионизации в воздухе составляет около 100 пар ионов на 1 см пути, а максимальный пробег достигает нескольких метров при больших энергиях.

http://nuclphys.sinp.msu.ru/radiationpics/ecology/ris_3.gif

Схематическое изображение проникающей способности различных излучений.

Наименьшей ионизирующей способностью и наибольшей проникающей способностью обладают фотонные излучения. Во всех процессах взаимодействия электромагнитного излучения со средой часть энергии преобразуется в кинетическую энергию вторичных электронов, которые, проходя через вещество, производят ионизацию. Прохождение фотонного излучения через вещество вообще не может быть охарактеризовано понятием пробега. Ослабление потока электромагнитного излучения в веществе подчиняется экспоненциальному закону и характеризуется коэффициентом ослабления μ, который зависит от энергии излучения и свойств вещества. Особенность экспоненциальных кривых состоит в том, что они не пересекаются с осью абсцисс. Это значит, что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток фотонного излучения, а можно только ослабить его интенсивность в любое число раз. В этом существенное отличие характера ослабления фотонного излучения от ослабления заряженных частиц, для которых существует минимальная толщина слоя вещества - поглотителя (пробег), где происходит полное поглощение потока заряженных частиц.

Для заряженых частиц(α, β,, протонов) небольших энергий, быстрых нейтронов и некоторых других излучений, когда основными процессами их взаимодействия с веществом являются непосредственная ионизация и возбуждение, поглощенная доза служит однозначной характеристикой ионизирующего излучения по его воздействию на среду. Это связано с тем, что между параметрами, характеризующими данные виды излучения (поток, плотность потока и др.) и параметром, характеризующим ионизационную способность излучения в среде - поглощенной дозой, можно установить адекватные прямые зависимости.

Для рентгеновского и γ - излучений таких зависимостей не наблюдается, так как эти виды излучений косвенно ионизирующие. Следовательно, поглощенная доза не может служить характеристикой этих излучений по их воздействию на среду.

До последнего времени в качестве характеристики рентгеновского и γ - излучений по эффекту ионизации используют так называемую экспозиционную дозу - первую характеристику в практической дозиметрии - Дэ. Дэ - количественная характеристика поля ионизирующего излучения, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении.

 Экспозиционная доза выражает энергию фотонного излучения, преобразованную в кинетическую энергию вторичных электронов, производящих ионизацию в единице массы атмосферного воздуха

За единицу экспозиционной дозы рентгеновского и γ- излучений принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Эта такая доза рентгеновского или γ -излучения, при воздействии которой на .1 кг сухого атмосферного воздуха при нормальных условиях образуются ионы, несущие 1 Кл электричества каждого знака.

На практике до сих пор широко используется внесистемная единица экспозиционной дозы - рентген. 1 рентген (Р) - экспозиционная доза рентгеновского и γ - излучений, при которой в 0,001293 г (1см3 воздуха при нормальных условиях) образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу количества электричества каждого знака или 1Р=2,58.10-4Кл/кг.

Поскольку экспозиционную дозу продолжают использовать в практике радиационной безопасности, рассмотрим соотношение между рентгеном и поглощенной дозой.

Заряд электрона равен 4,8.10-10 эл. ед. заряда. Следовательно, при экспозиционной дозе в 1Р будет образовано 2,08 .109 пар ионов в 0,001293 г атмосферного воздуха. На образование одной пары ионов в воздухе расходуется в среднем 34 эВ энергии. Таким образом, при экспозиционной дозе в 1Р вторичными электронами расходуется 88 эрг в 1 г воздуха. Величины 88 эрг/г воздуха и 0,114 эрг/см3 воздуха называют энергетическими эквивалентами рентгена.

Поглощенная в каком-либо веществе доза рентгеновского и γ -излучения может быть рассчитана по экспозиционной дозе с помощью следующего соотношения:

                              Д(Гр) =8,8*10-3*μ/μв*Д(Р)

За последние десятилетия человек создал более тысячи искусственных радионуклидов  и научился применять в различных целях. Значения индивидуальных доз, получаемых людьми от искусственных источников, сильно различаются. Для человеческого организма безопасной считается экспозиционная доза в 250 раз превышающая естественный радиоактивный фон земли. Опасной же считается однократно полученная экспозиционная доза в 500 рентген. При пассивном лечении (без пересадки костного мозга и др.) такая доза дает 50% смертность.

Исследования биологических эффектов, вызываемых различными ионизирующими излучениями, показали, что повреждение тканей связано не только с количеством поглощенной энергии, но и с ее пространственным распределением, характеризуемым линейной плотностью ионизации. Чем выше линейная плотность ионизации, или, иначе, линейная передача энергии частиц в среде на единицу длины пути (ЛПЭ), тем больше степень биологического повреждения. Чтобы учесть этот эффект, введено понятие эквивалентной дозы Дэкв» которая определяется равенством :

                                          Дэкв=ДпQ,

Дп - поглощенная доза; Q - безразмерный коэффициент качества, характеризующий зависимость биологических неблагоприятных последствий облучения человека в малых дозах от полной ЛПЭ облучения.

Эквивалентная доза представляет собой меру биологического действия на данного конкретного человека, то есть она является индивидуальным критерием опасности, обусловленным ионизирующим излучением. Ниже приведены значения  взвешивающих коэффициентов для некоторых видов излучения.

Взвешивающие коэффициенты для отдельных видов излучения при расчете эквивалентной дозы:

Фотоны любых энергий                                  1

Электроны и мюоны (менее 10 кэВ)              1

Нейтроны с энергией менее 10 кэВ               5

От 10 КэВ до 100 кэВ                                    10

От 100кэВ до2МэВ                                        20

От 2 МэВ до 20МэВ                                      10

Более 20 МэВ                                                   5

Протоны, Более 20 МэВ                                  5

α частицы, осколки деления тяжелых ядер  20

В качестве единицы измерения эквивалентной дозы принят зиверт (Зв), в честь шведского радиолога Рольфа Зиверта. 13в = 1Гр = 1Дж/кг. Зиверт равен эквивалентной дозе излучения, при которой поглощенная доза ровна 1Гр при коэффициенте качества, равном единице.

Применяется также специальная единица эквивалентной дозы - бэр (биологический эквивалент рада); 1бэр =0,01 Зв. Бэром называется такое количество энергии, поглощенное 1г биологической ткани, при котором наблюдается тот же биологический эффект, что и при поглощенной дозе излучения 1рад рентгеновского и γ излучений, имеющих Q =1.

Коэффициент качества, определенным образом связанный с ЛПЭ, используется для сравнения биологического действия различных видов излучений только при решении задач радиационной защиты при эквивалентных дозах

Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.

Следует учитывать, что чувствительность разных органов тела неодинакова. Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Поэтому дозы облучения органов и тканей следует учитывать с разными взвешивающими коэффициентами.

Международная комиссия по радиационной защите рекомендует следующие коэффициенты радиационного поражения

Взвешивающие коэффициенты для тканей и органов при расчете эффективной дозы

Гонады                                                        0,20

 Костный мозг (красный)                         0,12

Толстый кишечник (прямая, сигмовидная,

нисходящая часть ободочной кишки)      0,12

Предыдущие материалы: Следующие материалы: