Единицы измерения радиоактивности кратко

Единицы измерения радиоактивности и радиоактивных излучений.

Одна из особенностей радиоактивности заключается в том, что атомы радиоактивных веществ распадаются не одновременно. Причем в единицу времени распадается строго определенная доля атомов для данного радиоактивного изотопа. Время, в течение которого количество радиоактивных атомов вещества уменьшается наполовину называется периодом его полураспада Т. Период полураспада может колебаться в широких пределах: от миллионных долей секунды (для полония 212 – 3*10 -7 сек) до миллиардов лет (для урана 238 – 4,5 млрд. лет). Чем меньше период полураспада, тем большее число атомов распадается в единицу времени. Для количественной оценки радиоактивного вещества важно знать не его вес, а число его атомов, распадающихся в единицу времени, т.е. активность изотопа. В качестве единицы активности а системе СИ принят беккерель (Бк). Активность 1 БК – это один распад в секунду. Однако на практике еще используется внесистемная единица кюри (Ки). Кюри соответствует 37 млрд. распадов в секунду (1Ки = 3,7*10 10 Бк). Такой, несколько странный выбор единицы активности связан с радием-226 исторически первым веществом, в котором были изучены законы радиоактивного распада. Активность 1 грамма радия равна 1Ки.

Чтобы оценить ионизирующее действие радиоактивных излучений введено понятие доза излучения. Существует экспозиционная и поглощенная доза. Экспозиционная доза в системе единиц СИ измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг). До сих пор используется внесистемная единица, введенная еще в 1928 г. только для рентгеновского и гамма-излучения, которая создает в 1 см 3 воздуха примерно 2 млрд. пар ионов, несущих одну электростатическую единицу заряда 1 рентген равен 2,58*10 -4 Кл/кг или 1 Кл/кг=3876 Р. Рентген определяет ионизирующую способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе. А для того, чтобы оценить те изменения, которые будут происходить в облучаемом объекте под воздействием любых видов излучений на конгрессе радиологов в Копенгагене (1953 г.) рекомендовано пользоваться поглощенной дозой.

Поглощенная доза. В качестве единицы поглощенного дозы был избран рад (rad, по первым английским буквам словосочетания «radiation absorbed dose» — радиационная абсорбированная доза). Рад – единица поглощенной дозы любого вида излучения, при которой одним граммом вещества поглощается энергия 100 эрг. В системе СИ единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр). 1 Гр – поглощенная доза, при которой в одном килограмме вещества независимо от вида излучения количество образующейся энергии составит 1 джоуль (1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад) или 1 рад = 10 -2 Гр = 1 сантигрей. При соблюдении условия электронного равновесия можно считать, что в воздухе экспозиционная доза 1 Р соответствует поглощенной дозе 0,87 рад. Поглощенная энергия в воде и биологических тканях отличается на 5-10 от поглощенной энергии в воздухе и колеблется в пределах от 0,82 до 0,93 рад при дозе 1 Р. Таким образом, один рентген экспозиционной дозы примерно равен одному рад поглощенной дозы в биологической среде (1 Р ≈ 1 рад ≈ 1 сГр).

Эквивалентная доза. Биологическая эффективность различных видов излучения при одной и той же поглощенной дозе не одинакова. Живой организм реагирует на облучение не только величиной поглощенной энергии, но и на вид излучения, на то как распределяется энергия по клеточным структурам. Для удобства биологический эффект от воздействия любого вида излучения сравнивают с воздействием на живой организм рентгеновского или гамма-излучения, приняв его за единицу биологической эффективности. Такая доза, которая вызывает биологическое действие равное (эквивалентное) действию 1 рада рентгеновского или гамма-излучения была названа бэром (бэр), т.е. эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы на некий коэффициент Q-фактор качества или относительная биологическая эффективность (ОБЭ) присущий определенному виду излучения:

эквивалентная поглощенная фактор

доза доза качества

Q – фактор качества излучения для гамма-излучения равен единице, для быстрых нейтронов эквивалентен 10, при облучении альфа-частицами Q=20. Это означает, что даже малые поглощенные дозы некоторых видов излучения способны вызвать серьезные биологические последствия. В системе СИ единицей эквивалентной дозы называется зиверт (Зв) 1 Зв = 100 бэр или 1 бэр = 1 сантизиверт (10 -2 Зв).

Эффективная доза (Е) используется для оценки риска возникновения стохастических (т.е. случайных, вероятностных.е. ценки риска возникновения стохастических ()орых видов излучения способны вызвать серьезные биологические последствия. го ил) эффектов облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Радиочувствительность – выраженность реакций организма в целом, а также различных систем тканей и клеток на воздействие ионизирующего излучения.

Единица эффективной дозы – также зиверт (Зв).

Существует эффективная коллективная доза — мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения; она равна сумме индивидуальных эффективных доз. Единица эффективной коллективной дозы – человеко-зиверт (чел.-Зв). Приборы, предназначенные для измерения доз облучения, называется измерителями дозы (ИД) или дозиметрами. Они входят в общее число дозиметрических приборов (ДП), применяемых для обеспечения радиационной безопасности.

Мощность дозыилиуровень радиации характеризует так называемую скорость набора дозы, т.е. интенсивность излучения. Биологический эффект от воздействия ионизирующего излучения тем больше, чем быстрее это произойдет при одной и той же дозе облучения. Имеет значение и кратность воздействия. Так, однократное воздействие в дозе 1 Гр в течение суток приведет к развитию острой лучевой болезни (ОЛБ), тогда как многократное облучение в той же дозе в течение 10-30 суток существенно не отразиться на работоспособности человека. Мощность дозы (Р) – это доза (Д), отнесенная к единице времени (t):

В системе СИ единицей мощности поглощенной дозы служит грей в секунду (Гр/с), мощность эквивалентной дозы измеряется зивертом в секунду (Зв/с). Для измерения мощности экспозиционной дозы единицей СИ является ампер на килограмм (А/кг). Однако на практике для излучения уровня радиации чаще используется внесистемная единица мощности экспозиционной дозы — рентген в час (Р/ч).

Дозиметрические приборы, применяемые для измерения мощности дозы (уровня радиации) получили название рентгенметров, хотя теперь их чаще называют измерителями мощности дозы.

Степень радиоактивного заражения (РЗ) (загрязнения).Радиоактивные вещества, являющиеся источниками разных видов ионизирующего излучения могут находиться на поверхности различных предметов, растворены в жидкостях, быть в смеси с нерадиоактивными веществами. При этом степень радиоактивного заражения (РЗ) это количественная величина активности радиоактивных веществ, и отнесенная,

если это жидкость к единице объема а

если это твердое вещество (Р) = —— ;

если это зараженная площадь (S) = ——

Единицами измерения степени радиоактивного заражения являются расп/сек . м 3 ; расп/сек . кг; расп/сек . м 2 . На практике довольно часто степень РЗ оценивается в расп/мин . см 2 или по мощности дозы, создаваемой заряжением объектов на расстоянии 1-2 см от его поверхности в миллирентгенах в час (мР/ч). В дозиметрии определяемые степени зараженности РВ различных объектов называется – радиометрией, а дозиметрические приборы, применяемые для этого радиометрами. Соответствующая калибровка позволяет использовать в качестве радиометров измерители мощности доз.

1.3. Принципы устройства ядерных зарядов: на основе реакций:

— деления тяжелых ядер;

— термоядерного синтеза;

— принципиально новые типы ЯО 3-го и 4-го поколения

Главной частью ядерного боеприпаса является ядерный заряд, в котором происходят взрывные реакции. Основу ядерного заряда составляет ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ), иногда его называют ядерным горючим. Для осуществления ядерного взрыва применяется:

— цепная деления ядер тяжелых элементов таких как уран-235, уран-233, плутоний-239.

— реакция синтеза ядер легких элементов (термоядерная реакция) изотопов водорода (дейтерия и трития) или дейтерий-литиевая смесь.

Деление ядерного горючего, т.е. ЯВВ происходит под действием нейтронов. Первичный нейтрон, попав в ядро, например урана-235, расщепляет его на два осколка. При этом выделяется два или три вторичных нейтрона и освобождается значительное количество ядерной энергии. Когда количество вторичных нейтронов продолжает нарастать в ядерном веществе количество делящихся ядер лавинообразно увеличивается. Это саморазвивающаяся реакция, начавшись делением одного или нескольких ядер и вовлекающая в процесс деления все больше число ядер называется цепной реакцией. Она протекает в миллионные доли секунды, сопровождается выделением колоссальной энергии и представляет собой ядерный (или как называли прежде атомный) взрыв (Рис.1).

Цепная реакция может развиваться в ядерном веществе только тогда, когда оно будет иметь определенную массу, в противном случае вторичные нейтроны вылетают за пределы вещества, не участвуя в процессе деления ядер. Наименьшее количество ядерного вещества, в котором развивается цепная реакция называется критической массой. Масса вещества, превышающая критическую, носит название надкритической, а если она будет меньше критической — подкритической.

Величина критической массы зависит не только от самого делящегося вещества, но и от его геометрической формы. Заряд, имеющий форму шара будет иметь наименьшую критическую массу.

Критическую массу можно уменьшить, если искусственно увеличить плотность вещества путем обжатия ядерного горючего направленной внутрь взрывной волной от обычного ВВ. Этот метод называется имплозивным. Если ядерный заряд поместить в оболочку – отражатель нейтронов, то величина критической массы будет уменьшаться. Это один из способов осуществления ядерного взрыва (Рис. 2).

Более простой способ называется пушечным.

Пушечный способ состоит в том, чтобы несколько разрозненных подкритических кусков ядерного вещества соединить в единое целое с надкритической массой (Рис.3).

В зоне ядерной реакции температура может достигать десятков миллионов градусов, а давление несколько миллиардов атмосфер. При таких условиях только небольшая часть ядерного вещества успевает разделиться, остальная же часть ядерного горючего безвозвратно теряется. Отношение количества разделившегося вещества к общему количеству вещества в ядерном заряде называется коэффициентом использования ядерного заряда. В разных зарядах он колеблется от 5-7% до 25-30%.

В ядерных боеприпасах в Хиросиме и Нагасаки коэффициент использования ядерного заряда не превышал 10%.

Ядерные заряды, в которых используется реакция деления тяжелых ядер, имеют ограничения по мощности. Другой способ создания ядерного заряда с практически неограниченной мощностью состоит в осуществлении реакции синтеза легких ядер. В качестве ядерного горючего здесь применяется смесь изотопов водорода дейтерия (Д) и трития (Т). По этой причине раньше такой боеприпас носил название водородного. Важнейшим условием для протекания реакции синтеза является высокая температура в десятки и сотни миллионов градусов. Для создания такой температуры предусматривается в качестве детонатора реакция деления тяжелых ядер урана-235 или плутония-239. Реакция синтеза может протекать по схеме:

Д + Т ® 4 ₂Не + 1 ₀n + 17,6 МэВ

В качестве ядерного горючего для термоядерной реакции считается возможным использовать дейтерий-литиевую смесь, которая при взаимодействии с нейтронами образует тритий, вступающий в реакцию с дейтерием.

При термоядерных реакциях образуются быстрые и сверхбыстрые нейтроны. Эти нейтроны способны вызывать деление ядер обычного природного урана-238. На основе этого созданы комбинированные термоядерные заряды, где основная часть энергии образуется за счет деления ядер урана-238, образующего своеобразную оболочку ядерного заряда.

Различают ядерные заряды деления (ранее они назывались атомными), термоядерные (водородные) заряды типа «деление- синтез» и комбинированные термоядерные заряды типа «деление-синтез-деление».

Третье поколение ядерного оружия – это рентгеновский лазер. Его действие заключается в накачке энергией ядерного взрыва рабочего тела с последующим излучением им рентгеновских лучей. Однако данное оружие не нашло военного применения и использовалось в качестве блефа американской администрацией в рамках «Стратегической оборонной инициативы» (СОИ) как оружие противоракетной обороны.

ЯО четвертого поколения представляет собой чисто термоядерный боеприпас, в котором реакция синтеза инициируется каким-либо альтернативным источником. С этой целью ведется разработка компактных сверхмощных импульсных источников электромагнитной энергии. Уже сконструированы такие мощные генераторы (FC – генераторы), способные путем сжатия магнитного потока взрывом обычной взрывчатки производить электрический ток, в 10-1000 раз превышающий ток в разряде типичной молнии. Предположительно, что подобный генератор использовался в американской электромагнитной бомбе (Е- бомба). Взрыв этой бомбы, 26 марта 2003 года вывел из строя все электронное оборудование телецентра в Багдаде. На базе последних достижений нанотехнологий разработаны мощные накопители электрической энергии. Такие конденсаторы могут быть использованы для накачки микролазеров, расположенных в боеголовке, и тем самым инициировать взрывную реакцию. Применение чисто термоядерного боеприпаса сведет к минимуму радиоактивное заражение.

Нейтронный боеприпас – разновидность ядерных боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности, отличающаяся повышенным выходом нейтронного излучения. В состав заряда нейтронного боеприпаса входит дейтерий-тритиевая смесь. Поражающее действие нейтронного боеприпаса на людей определяется проникающей радиацией, доза которой почти в 10 раз больше такого же по мощности ядерного заряда деления на одном и том же расстоянии от эпицентра взрыва.

Источник

Радиоактивность и единицы ее измерения

Ионизирующее излучение — поток элементарных частиц или квантов, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Основные виды ионизирую щего излучения — альфа-частицы, бета-лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи, нейтроны.

Альфа-частица — ядро атома гелия, состоит из двух протонов и двух нейтронов. В воздухе пробег альфа-частицы не превышает нескольких сантиметров, в мягких биологических тканях — нескольких десятков микрометров.

Бета-лучи — электроны и позитроны. В воздухе способны пролететь несколько метров, в мягкие ткани могут проникать на расстояние нескольких миллиметров.

Гамма-лучи — кванты электромагнитного излучения высокой энергии с длиной волны короче 0,01 нм. Способны распространяться на большие расстояния.

Рентгеновские лучи — кванты электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 100 нм. Обладают меньшей энергией, чем гамма-лучи. Образуются не только при радиоактивном распаде, но и в рентгеновской трубке.

Нейтроны — нейтральные частицы, вызывают косвенную ионизацию.

Единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк, Bq). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Часто используют внесистемную единицу — кюри (Ки, Ci). Один кюри соответствует числу распадов в секунду в 1 грамме радия. 1 Ки = 3,7 . 10 10 Бк.

Широко известная внесистемная единица рентген (Р, R) служит для определения экспозиционной дозы. Один рентген соответствует дозе рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 см 3 воздуха образуется 2 . 10 9 пар ионов (суммарный заряд ионов равен одной единице заряда в системе СГС). 1 Р = 2, 58 . 10 -4 Кл/кг.

Чтобы оценить действие излучения на вещество, измеряют поглощенную дозу, которая определяется как поглощенная энергия на единицу массы. Единица поглощенной дозы называется рад (от английского radiation absorbed dose). Один рад равен 100 эрг/г. В системе СИ используют другую единицу — грей (Гр, Gy). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

Биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Поэтому для оценки биологических последствий используют биологический эквивалент рентгена — бэр (в английском языке — rem, Roentgen Equivalent of Man). Доза в бэрах эквивалентна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества излучения. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей коэффициент качества считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии. В системе СИ для эквивалентной дозы введена специальная единица, называемая зиверт (Зв, Sv). 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в зивертах соответствует поглощенной дозе в греях, умноженной на коэффициент качества.

См. в номере на ту же тему

См. также статью С. Панкратова «Единицы измерения в радиационной физике». «Наука и жизнь» 1986 г., № 9.

Источник

Общие понятия о единицах измерения радиоактивности

Следует отметить, что существуют определенные объективные трудности в восприятии и понимании единиц радиоактивности. Это связано, во-первых, с тем, что имеются единицы измерения как самого явления, так и единицы по измерению воздействия этого явления на вещество, и зачастую необходимо переходить от одних к другим; во-вторых, с наличием нескольких единиц с различными исторически сложившимися названиями, не связанных меж собой кратными или дольными соотношениями.

Исторически первой общепринятой единицей радиоактивности была принята радиоактивность 1 грамма химически чистого радия, которая была названа в честь супругов М. и П. Кюри.

Радиоактивность 1 г Ra = 1 Кюри (Ки).

Позднее за единицу радиоактивности (активности) было принято количество радиоактивных превращений (распадов) в единицу времени.

Единица, характеризующая 1 распад радионуклида в 1 с, была названа в честь французского физика А. Беккереля — беккерелем (Бк).

Так как 1 г Ra давал 3,7 • 1010 распадов в секунду, то между Ки и Бк установлено соотношение: 1 Ки = 3,7 • 1010 Бк, или 1 Бк = 2,7 • 10-11 Ки.

Радиоактивность некоторых других элементов относительно радия будет следующей:

1 г 235U = 2,1 • 10-6 Ки;

1 г 137Cs = 87 Ки;

1 г I131 = 1,2 • 105 Ки;

1 г 232Th = 1,1 • 10-7 Ки;

1 г 239Pu = 6,1 • 10-2 Ки;

1 г 60Co = 1,1 • 10-3 Ки;

1 г 87Rb = 8,5*10-8 Ки;

1 г 90Sr = 145 Ки;

1 г 40К = 6,8 • 10-6 Ки и т. п.

Таким образом, радиоактивность 1 г, например, кобальта-60 в 1 000 раз выше, чем радиоактивность 1 г радия-226, а плутония — в 100 раз меньше.

Активность радионуклида прямо пропорциональна его количеству, поэтому количество радиоактивного вещества можно измерить, определив его активность в Бк/кг, Ки/л и т. д.

Единицы активности 1 Бк и 1 Ки имеют кратные и дольные значения, например:

1 пКи = 10-12 Ки и т.

Существуют также понятия удельной активности, площадной активности и объемной концентрации.

Удельная активность — это активность единицы массы вещества, т. е. Ки/г; Бк/кг; пКи/г и т. д.

Площадная активность — это радиоактивность вещества, приходящаяся на 1 ед. площади, т. е.: Ки/м ; Ки/км ; Бк/м и т. д.

Характеризуя радиоактивность какого-либо материала, необходимо конкретно указывать, о каком радионуклиде идет речь. Так, если мы говорим, что удельная активность почвы по цезию-137 100 Бк/кг, то это значит, что речь идет только об этом изотопе, другие (уран, торий, калий и т. д.), присутствующие в почве, не учитываются.

Оценивая общую радиоактивность почв в единицах СИ от естественных радионуклидов, мы должны указать, например, радиоактивность по урану — 238 Бк/кг, по торию — 35 Бк/кг, по калию — 296 Бк/кг, тогда как общая суммарная радиоактивность данной почвы от естественных радиоэлементов будет не простая сумма активностей, равная 369 Бк/кг, а несколько больше, так как она рассчитывается по формуле с учетом коэффициентов.

При этом не учитывается присутствие дочерних радионуклидов этих элементов (радий, полоний и т. д.)

При оценке соответствия строительных и некоторых других материалов радиационно-гигиеническим нормативам введено понятие «суммарная эффективная удельная активность радионуклида» (Ас)

Ас = ARa + 1,31 ATh + 0,085Ак,

где ARa, ATh, АК — удельная активность соответствующих радионуклидов.

Если в материале определялась концентрация урана, а не радия, то вместо ARa подставляется содержание равновесного урана, тогда расчетная формула будет иметь вид:

Если почва была загрязнена техногенными радиоизотопами, например, цезием, стронцием и кобальтом, то указывается их радиоактивность, допустим:

по цезию-137 — 100 Бк/кг;

по стронцию-90 — 20 Бк/кг;

по кобальту-60 — 80 Бк/кг.

Тогда общая радиоактивность почв составит (Ас + 100 + 20 + 80) Бк/кг.

Для перехода от удельной активности в Бк/кг, Бк/г и т. д. к площадной в Бк/м2, в Ки/км2 и т. д. необходимо знать плотность вещества.

Расчет может вестись по разным формулам. Так, В.М. Гавшин [19] предлагает следующий вариант:

где Р — площадной запас радионуклидов, Бк/км2;

А — активность почвы, Бк/кг;

d — объемный вес пробы, г/см ;

h — глубина ячейки параллелепипеда отбираемой пробы, см;

Р = 0,27 Adh мКи/км2.

Так, 34 Бк/кг активности почвы по цезию-137 будет соответствовать площадной активности 0,1 Ки/км при плотности почвы 1 100 кг/м и глубине отбора 0,1 м.

Часто для ориентировочной оценки необходимо знать переход от мощности экспозиционной дозы гамма-излучения в мкР/ч к площадной

загрязненности почв (Ки/км ). Эта сугубо ориентировочная оценка должна учитывать весь энергетический спектр радионуклидов.

Так, М. Эйзенбад [26] указывает, что для продуктов деления, средняя энергия гамма-квантов которых равна 0,7 Мэв (цезий-137 + барий-137т) площадной активности 1 Ки/км2 на высоте 0,9 м, будет соответствовать мощность экспозиционной дозы 10 мкР/ч.

Ориентировочно, при условии радиоактивного равновесия, можно считать, что:

1 мг/кг U = 12,6 Бк/кг;

1 мг/кг Th = 4,07 Бк/кг;

1% К= 313 Бк/кг 40К.

Объемная концентрация радиоактивности — количество распадов

в единицу времени, отнесенное к объему вещества, т. е. Ки/л, Ки/м , Бк/л, Бк/м3 и т. п.

Первоначально объемная концентрация радона измерялась в эманах и махе-единицах: 1 эман = 10-10 Ки/л = 220 расп./мин-л;

1 махе = 3,64 эман = 3,64 • 10-10 Ки/л = 780 расп./мин-л.

В процессе распада радиоактивных ядер образуются потоки у-кван- тов, а-, в-частиц, способных ионизировать вещественную среду (воздух, воду, биологические клетки и др.) и сообщать веществу дополнительную энергию.

Количество поглощенной при этом энергии и образовавшихся пар ионов являются определенным интегрированным показателем величины радиоактивности вещества и измеряются различными физическими методами (по ионизации воздуха, например).

Так, например, если при воздействии у-квантов (фотонное излучение)

в 1 см воздуха при нормальных условиях (н. у.) происходит его ионизация с образованием 2,08 • 109 пар ионов, что соответствует электрическому заряду в 1 кулон (1 К), то говорят, что экспозиционная доза у-излучения соответствует 1 рентгену (1 Р). Отсюда появился широко распространенный термин — ионизирующее излучение.

Экспозиционная доза, отнесенная ко времени, получила название мощности экспозиционной дозы (X) и измеряется в системе СИ в амперах на килограмм (А/кг), а во внесистемных единицах — в Р/с, Р/ч и т. п.

Существуют и кратные им единицы (мР, мкР, мР/ч, мкР/ч и т. д.).

Переход от единиц активности вещества, выраженного, например, в мкКи, к мощности экспозиционной дозы у-излучения данного радионуклида в Р/ч, осуществляется при помощи гамма-постоянных (справочная величина), характерных для каждого радиоизотопа.

Гамма-постоянная любого радионуклида равна мощности экспозиционной дозы гамма-излучения нуклида в рентгенах за час, которая создается точечным изотропным гамма-источником активностью 1 мКи на расстоянии 1 см. Единица измерения гамма-постоянной Р • см2/ч • мКи. Так, например, от источника Ra-226 активностью 1 мКи на расстоянии 1 см создается мощность экспозиционной дозы у-излучения в 9,36 Р/ч [24]. От аналогичного источника цезия-137 — 3,1 Р/ч, лантана-140 — 11,14 Р/ч и т. д.

Кроме экспозиционной дозы, характеризующей степень ионизации воздуха, существует и другое понятие — поглощенная доза (D) — это энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества. В СИ она измеряется единицей грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг. Ранее пользовались для оценки поглощенной дозы единицей рад: 1 рад = 0,01 Гр.

Поглощенная доза, отнесенная ко времени поглощения, носит название мощности поглощенной дозы и измеряется в Гр/ч, Гр/с, мГр/ч, рад/с, рад/год и т.

Следует отметить, что 1 P экспозиционной дозы (по всему спектру у-излучения до энергии 3 МэВ) соответствует поглощенной дозе в биологической ткани в 0,93 рад, т. е. 1 P около 0,93 рад, или 1 P

0,0093 Гр, тогда как в воздухе 1 P

Биологический эффект воздействия ионизирующего излучения зависит от вида излучения, энергии частиц и гамма-квантов. Так, альфа- частица с энергией 4 Мэв проходит 31 мкм биологической ткани, а с энергией 10 Мэв — 130 мкм.

Излучения, испускаемые радионуклидами, различаются по эффективности и по способности повреждать биологические системы. Существует понятие «относительная биологическая эффективность (ОБЭ) излучения». ОБЭ того или иного вида излучения выражается по отношению к дозе условно принятого стандартного типа излучения.

Главный фактор, влияющий на ОБЭ, — распределение ионизаций и возбуждений по следу (треку) движения заряженной частицы.

Для интегрированной характеристики процессов ионизации и возбуждения введен термин «линейная потеря энергии» (ЛПЭ).

ЛПЭ выражается в среднем количестве переданной частицей энергии, измеренной в единицах кэВ на микрометр пробега в веществе (кэВ/мкм). Частицы с высокой ЛПЭ являются более повреждающими на единицу дозы (Гр), чем излучение с низкой ЛПЭ.

Для учета степени воздействия радиоактивного излучения на биологические ткани существует понятие коэффициента качества (КК) излучения, или фактора качества (ФК) излучения.

КК (ФК) находится в прямой зависимости от ЛПЭ излучения (табл. 5.2).

Линейная потеря энергии и коэффициент качества

некоторых видов излучения

Таблица 5.2

Вид излучения

ЛПЭ в воде, кэВ/мкм

Рентгеновское и гамма-излучение

То же самое

Протоны и нейтроны с энергией 0,1-10 Мэв

Альфа-частицы с энергией меньше 10 Мэв, тяжелые ядра отдачи

Если ККИ у-излучения принять за 1, то для в-излучения он будет составлять 10, для a-излучения с энергией lt;10 Мэв — 20, для тепловых нейтронов — 3.

Поглощенная доза излучения D, рассчитанная с учетом КК, получила название «эквивалентная доза» Н

Так, ранее широко распространенный термин биологический эквивалент рентгена (бэр), является показателем того, что при дозе 1 бэр данного вида излучения возникает такой же биологический эффект, как и при поглощенной дозе в 1 рад образцового излучения.

Для приближенных расчетов можно считать, что для у-излучения 1 бэр

В настоящее время рекомендуется в качестве единицы измерения эквивалентной дозы использовать единицу зиверт (Зв). 1 Зв = 0, 01 БЭР.

Соответственно мощность эквивалентной дозы будет измеряться в Зв/ч, мкЗв/ч и т. д.

Соотношение между применяемой единицей мощности дозы у-излу- чения в мкР/ч и мкЗв/ч таково:

1 мкР/ч = 0,01 мкЗв/ч или

100 мкР/ч = 1 мкЗв/ч, для излучения с КК = 1.

Мощность поглощенной дозы 1Гр/ч соответствует мощности эквивалентной дозы 1 Зв/ч при КК = 1 (гамма- или рентгеновское излучение), но 1 Гр/ч от альфа-излучения будет соответствовать 20 Зв/ч от гамма- излучения.

Связь понятий поля, дозы, радиобиологического эффекта и единиц их измерения может быть представлена в виде схемы (табл. 5.3, рис. 5.1).

Источник

Единицы измерения и дозы радиации

Навигация по статье:

Содержание статьи

В каких единицах измеряется радиация и какие допустимые дозы безопасны для человека. Какой радиационный фон является естественным, а какой допустимым. Как перевести одни единицы измерения радиации в другие.

Допустимые дозы радиации

• допустимый уровень радиоактивного излучения от естественных источников излучения, иначе говоря естественный радиоактивный фон, в соответствии с нормативными документами, может быть в течении пяти лет подряд не выше чем

В последующие года, радиационный фон должен быть не выше 0,12 мкЗв/час

предельно допустимой суммарной годовой дозой, полученной от всех техногенных источников, является

Величина 1 мЗв/год, суммарно должна включать в себя все эпизоды техногенного воздействия радиации на человека. Сюда входят все типы медицинских обследований и процедур, включает флюорографию, рентген зуба и так далее. Так же сюда относятся полеты на самолетах, прохождение через досмотр в аэропорту, получение радиоактивных изотопов с пищей и так далее.

В чем измеряется радиация

Для оценки физических свойств радиоактивных материалов применяются такие величины как:

• активность радиоактивного источника (Ки или Бк)
• плотность потока энергии (Вт/м 2 )

Для оценки влияния радиации на вещество (не живые ткани), применяются:

• поглощенная доза (Грей или Рад)
• экспозиционная доза (Кл/кг или Рентген)

Для оценки влияния радиации на живые ткани, применяются:

• эквивалентная доза (Зв или бэр)
• эффективная эквивалентная доза (Зв или бэр)
• мощность эквивалентной дозы (Зв/час)

Оценка действия радиации на не живые объекты

Действие радиации на вещество проявляется в виде энергии, которую вещество получает от радиоактивного излучения, и чем больше вещество поглотит этой энергии, тем сильнее действие радиации на вещество. Количество энергии радиоактивного излучения, воздействующего на вещество, оценивается в дозах, а количество поглощенной веществом энергии называется — поглощенной дозой.

Поглощенная доза — это количество радиации, которое поглощено веществом. В системе СИ для измерения поглощенной дозы используется — Грей (Гр).

1 Грей — это количество энергии радиоактивного излучения в 1 Дж, которая поглощена веществом массой в 1 кг, независимо от вида радиоактивного излучения и его энергии.

1 Грей (Гр) = 1Дж/кг = 100 рад

Данная величина не учитывает степень воздействия (ионизации) на вещество различных видов радиации. Более информативная величина, это экспозиционная доза радиации.

Экспозиционная доза — это величина, характеризующая поглощённую дозу радиации и степень ионизации вещества. В системе СИ для измерения экспозиционной дозы используется — Кулон/кг (Кл/кг).

1 Кл/кг= 3,88*10 3 Р

Используемая внесистемная единица экспозиционной дозы — Рентген (Р):

1 Р = 2,57976*10 -4 Кл/кг

Доза в 1 Рентген — это образование 2,083*10 9 пар ионов на 1см 3 воздуха

Оценка действия радиации на живые организмы

Если живые ткани облучить разными видами радиации, имеющими одинаковую энергию, то последствия для живой ткани будут сильно отличаться в зависимости от вида радиоактивного излучения. Например, последствия от воздействия альфа излучения с энергией в 1 Дж на 1 кг вещества будут сильно отличаться от последствий воздействия энергии в 1 Дж на 1 кг вещества, но только гамма излучения. То есть при одинаковой поглощенной дозе радиации, но только от разных видов радиоактивного излучения, последствия будут разными. То есть для оценки влияния радиации на живой организм недостаточно просто понятия поглощенной или экспозиционной дозы радиации. Поэтому для живых тканей было введено понятие эквивалентной дозы.

Эквивалентная доза — это поглощённая живой тканью доза радиации, умноженная на коэффициент k, учитывающий степень опасности различных видов радиации. В системе СИ для измерения эквивалентной дозы используется — Зиверт (Зв).

Используемая внесистемная единица эквивалентной дозы — Бэр (бэр): 1 Зв = 100 бэр.

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.

Для более лучшего понимания, можно немного по-другому дать определение «эквивалентной дозы радиации»:

Эквивалентная доза радиации — это количество энергии поглощённое живой тканью (поглощенная доза в Грей, рад или Дж/кг) от радиоактивного излучения с учетом степени воздействия (наносимого вреда) этой энергии на живые ткани (коэффициент К).

Допустимые нормы радиации

В России, с момента аварии в Чернобыле, наибольшее распространение имела внесистемная единица измерения мкР/час, отражающая экспозиционная дозу, которая характеризует меру ионизации вещества и поглощенную им дозу. Данная величина не учитывает различия в воздействии разных видов радиации (альфа, бета, нейтронного, гама, рентгеновского) на живой организм.

Наиболее объективная характеристика это — эквивалентная доза радиации, измеряемая в Зивертах. Для оценки биологического действия радиации в основном применяется мощность эквивалентной дозы радиации, измеряемая в Зивертах в час. То есть это оценка воздействия радиации на организм человека за единицу времени, в данном случае за час. Учитывая, что 1 Зиверт это значительная доза радиации, для удобства применяют кратную ей величину, указываемую в микро Зивертах — мкЗв/час:

1 Зв/час = 1000 мЗв/час = 1 000 000 мкЗв/час.

Могут применяться величины, характеризующие воздействия радиации за более длительный период, например, за 1 год.

К примеру, в нормах радиационной безопасности НРБ-99/2009 (пункты 3.1.2, 5.2.1, 5.4.4), указана норма допустимого воздействия радиации для населения от техногенных источников 1 мЗв/год.

В нормативных документах СП 2.6.1.2612-10 (пункт 5.1.2) и СанПиН 2.6.1.2800-10 (пункт 4.1.3) указаны приемлемые нормы для естественных источников радиоактивного излучения, величиной 5 мЗв/год. Используемая формулировка в документах — «приемлемый уровень», очень удачная, потому что он не допустимый (то есть безопасный), а именно приемлемый.

Но в нормативных документах есть противоречия по допустимому уровню радиации от природных источников. Если просуммировать все допустимые нормы, указанные в нормативных документах (МУ 2.6.1.1088-02, СанПиН 2.6.1.2800-10, СанПиН 2.6.1.2523-09), по каждому отдельному природному источнику излучения, то получим, что радиационный фон от всех природных источников радиации (включая редчайший газ радон) не должен составлять более 2,346 мЗв/год или 0,268 мкЗв/час. Это подробно рассмотрено в статье «Источники радиоактивных излучений». Однако в нормативных документах СП 2.6.1.2612-10 и СанПиН 2.6.1.2800-10 указана приемлемая норма для природных источников радиации в 5 мЗв/год или 0,57 мкЗ/час.

Как видите, разница в 2 раза. То есть к допустимому нормативному значению 0,268 мкЗв/час, без всяких обоснований применен повышающий коэффициент 2. Это скорее всего связано с тем, что нас в современном мире стали массово окружать материалы (прежде всего строительные материалы) содержащие радиоактивные элементы.

Обратите внимание, что в соответствии с нормативными документами, допустимый уровень радиации от естественных источников излучения 5 мЗв/год, а от искусственных (техногенных) источников радиоактивного излучения всего 1 мЗв/год.

Получается, что при уровне радиоактивного излучения от искусственных источников свыше 1 мЗв/год могут наступить негативные воздействия на человека, то есть привести к заболеваниям. Одновременно нормы допускают, что человек может жить без вреда для здоровья в районах, где уровень выше безопасного техногенного воздействия радиации в 5 раз, что соответствует допустимому уровню радиоактивного естественного фона в 5мЗв/год.

По механизму своего воздействия, видам излучения радиации и степени ее действия на живой организм, естественные и техногенные источники радиации не отличаются.

Все же, о чем говорят эти нормы? Давайте рассмотрим:

• норма в 5 мЗв/год, указывает, что человек в течении года может максимально получить суммарную дозу радиации, поглощённую его телом в 5 мили Зиверт. В эту дозу не входят все источники техногенного воздействия, такие как медицинские, от загрязнения окружающей среды радиоактивными отходами, утечки радиации на АЭС и т.д.
• для оценки, какая доза радиации допустима в виде фонового излучения в данный момент, посчитаем: общую годовую норму в 5000 мкЗв (5 мЗв) делим на 365 дней в году, делим на 24 часа в сутки, получим 5000/365/24 = 0,57 мкЗв/час
• полученное значение 0,57 мкЗв/час, это предельно допустимое фоновое излучение от природных источников, которое считается приемлемым.
• в среднем радиоактивный фон (он давно уже не естественный) колеблется в пределах 0,11 — 0,16 мкЗв/час. Это нормальный фон радиации.

Можно подвести итог по допустимым уровням радиации, действующим на сегодняшний день:

• По нормативной документации, предельно допустимый уровень радиации (радиационный фон) от природных источников излучения может составлять 0,57 мкЗ/час.
• Если не учитывать не обоснованный повышающий коэффициент, а также не учитывать действие редчайшего газа — радона, то получим, что в соответствии с нормативной документацией, нормальный радиационный фон от природных источников радиации не должен превышать 0,07 мкЗв/час
• предельно допустимой нормативной суммарной дозой, полученной от всех техногенных источников, является 1 мЗв/год.

Можно с уверенность утверждать, что нормальный, безопасный радиационный фон в пределах 0,07 мкЗв/час, действовал на нашей планете до начала промышленного применения человеком радиоактивных материалов, атомной энергетики и атомного оружия (ядерные испытания).

А в результате деятельности человека, мы теперь считаем приемлемым радиационный фон в 8 раз превышающий естественное значение.

Стоит задуматься, что до начала активного освоения человеком атома, человечество не знало, что такое раковые заболевания в таком массовом количестве, как это происходит в современном мире. Если до 1945 года в мире регистрировались раковые заболевания, то их можно было считать единичными случаями по сравнению со статистикой после 1945 года.

Задумайтесь, по данным ВОЗ (всемирной организации здравоохранения), только в 2014 году на нашей планете умерли около 10 000 000 человек от раковых заболеваний, это почти 25% от общего количества умерших, то есть фактически каждый четвертый умерший на нашей планете, это человек умерший от ракового заболевания.

Так же по данным ВОЗ, ожидается, что в ближайшие 20 лет, число новых случаев заболевания раком будет увеличено примерно на 70% по сравнению с сегодняшним днем. То есть рак станет основной причиной смертности. И как бы тщательно, правительство государств с атомной энергетикой и атомным оружием, не маскировали бы общую статистику по причинам смертности от раковых заболеваний. Можно уверенно утверждать, что основной причиной раковых заболеваний, является воздействие на организм человека радиоактивных элементов и излучений.

Для перевода мкР/час в мкЗв/час можно воспользоваться упрощенной формулой перевода:

1 мкР/час = 0,01 мкЗв/час

1 мкЗв/час = 100 мкР/час

0,10 мкЗв/час = 10 мкР/час

Указанные формулы перевода — это допущения, так как мкР/час и мкЗв/час характеризуют разные величины, в первом случае это степень ионизации вещества, во втором это поглощённая доза живой тканью. Данный перевод не корректен, но он позволяет хотя бы приблизительно оценить риск.

Перевод величин радиации

Для перевода величин, введите в поле нужное значение и выберете исходную единицу измерения. После ввода значения, остальные величины в таблице будут вычислены автоматически.

Единицы измерения, применяемые в СМИ

Часто, при публичном объявлении информации о радиационном загрязнении, официальными структурами осознано применяются величины, которые не позволяет объективно оценить степень угрозы. Например, при освещении аварии АЭС Фукусима-1 в Японии, приводятся данные по плотности загрязнения почвы или воды радиоизотопами в Беккерелях на единицу объема, или указывается активность радиоизотопов в Кюри. Данные величины характеризуют лишь сам радиоактивный изотоп, указывая на количество распадов ядер элемента за единицу времени и не дают представления о его потенциальном воздействии на вещество или живые организмы.

Более объективной величиной, которая позволяет оценить степень опасности радиоактивного загрязнения, является указание эквивалентной дозы в Зивертах (Зв), мили Зивертах (мЗв) или микро Зивертах (мкЗв).

Это делается СМИ осознано, потому что, если было бы указано, что радиационный фон в Фукусиме составляет 100 мЗв/час (зарегистрированный факт), это равно 100 000 мкЗв/час, каждый может его сравнить с нормальным радиационным фоном для техногенных источников и понять, что радиационное загрязнение примерно в 1 000 000 раз выше допустимого уровня, который в соответствии с нормативным документом НРБ-99/2009, должен составлять 0,11 мкЗв/час или что соответствует 1000 мкЗв/год или 1 мЗв/год. Это означает, что при нахождении в зоне действия радиации в течении 30 минут, человек получит единовременную дозу радиации, которую он мог получать в течении всей своей жизни. То есть организм подвергся огромному сконцентрированному по времени энергетическому воздействию, что с большой вероятностью может привести к онкологии.

Другие единицы измерения радиации

• Активность радиоактивного источника — ожидаемое число элементарных радиоактивных распадов в единицу времени. Измеряется:

• Беккерель (Бк) — единица в системе СИ.
  1 Бк = 1 распад/с
• Кюри (Ки) — внесистемная единица.
  1 Ки = 3,7*10 10 Бк

Перевод величин радиоактивного распада

Для перевода величин, введите в поле нужное значение и выберете исходную единицу измерения. После ввода значения, остальные величины в таблице будут вычислены автоматически.

Видео: Единицы измерения и дозы радиации

Термины и определения

Радиация или ионизирующее излучение — 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. Излучение радиации происходит при распаде атомов вещества или при их синтезе.

Радиоактивный распад — это самопроизвольное изменение состава или внутреннего строения нестабильных атомных ядер путем испускания микрочастиц атомов или элементов, составляющих эти частицы (фотон).

Постоянная распада — статистическая вероятность распада атома за единицу времени.

Период полураспада — промежуток времени, в течении которого распадается половина данного количества радионуклида.

Эффективная эквивалентная доза — эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающая разную чувствительность различных тканей живого организма к радиации.

Мощность дозы — это изменение дозы за единицу времени.

Источник

Радиоактивность и единицы ее измерения

Ионизирующее излучение — поток элементарных частиц или квантов, энергия которых достаточно велика, чтобы вызвать ионизацию атомов и молекул в облучаемом веществе. Основные виды ионизирую щего излучения — альфа-частицы, бета-лучи, гамма-лучи, рентгеновские лучи, нейтроны.

Альфа-частица — ядро атома гелия, состоит из двух протонов и двух нейтронов. В воздухе пробег альфа-частицы не превышает нескольких сантиметров, в мягких биологических тканях — нескольких десятков микрометров.

Бета-лучи — электроны и позитроны. В воздухе способны пролететь несколько метров, в мягкие ткани могут проникать на расстояние нескольких миллиметров.

Гамма-лучи — кванты электромагнитного излучения высокой энергии с длиной волны короче 0,01 нм. Способны распространяться на большие расстояния.

Рентгеновские лучи — кванты электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 100 нм. Обладают меньшей энергией, чем гамма-лучи. Образуются не только при радиоактивном распаде, но и в рентгеновской трубке.

Нейтроны — нейтральные частицы, вызывают косвенную ионизацию.

Единицей измерения радиоактивности служит беккерель (Бк, Bq). Один беккерель равен одному распаду в секунду. Часто используют внесистемную единицу — кюри (Ки, Ci). Один кюри соответствует числу распадов в секунду в 1 грамме радия. 1 Ки = 3,7 . 10 10 Бк.

Широко известная внесистемная единица рентген (Р, R) служит для определения экспозиционной дозы. Один рентген соответствует дозе рентгеновского или гамма-излучения, при которой в 1 см 3 воздуха образуется 2 . 10 9 пар ионов (суммарный заряд ионов равен одной единице заряда в системе СГС). 1 Р = 2, 58 . 10 -4 Кл/кг.

Чтобы оценить действие излучения на вещество, измеряют поглощенную дозу, которая определяется как поглощенная энергия на единицу массы. Единица поглощенной дозы называется рад (от английского radiation absorbed dose). Один рад равен 100 эрг/г. В системе СИ используют другую единицу — грей (Гр, Gy). 1 Гр = 100 рад = 1 Дж/кг.

Биологический эффект различных видов излучения неодинаков. Это связано с отличиями в их проникающей способности и характере передачи энергии органам и тканям живого организма. Поэтому для оценки биологических последствий используют биологический эквивалент рентгена — бэр (в английском языке — rem, Roentgen Equivalent of Man). Доза в бэрах эквивалентна дозе в радах, умноженной на коэффициент качества излучения. Для рентгеновских, бета- и гамма-лучей коэффициент качества считается равным единице, то есть бэр соответствует раду. Для альфа-частиц коэффициент качества равен 20 (это означает, что альфа-частицы вызывают в 20 раз более сильное повреждение живой ткани, чем та же поглощенная доза бета- или гамма-лучей). Для нейтронов коэффициент составляет от 5 до 20 в зависимости от энергии. В системе СИ для эквивалентной дозы введена специальная единица, называемая зиверт (Зв, Sv). 1 Зв = 100 бэр. Эквивалентная доза в зивертах соответствует поглощенной дозе в греях, умноженной на коэффициент качества.

См. в номере на ту же тему

См. также статью С. Панкратова «Единицы измерения в радиационной физике». «Наука и жизнь» 1986 г., № 9.

Источник

Единицы измерения радиоактивности и радиоактивных излучений.

Одна из особенностей радиоактивности заключается в том, что атомы радиоактивных веществ распадаются не одновременно. Причем в единицу времени распадается строго определенная доля атомов для данного радиоактивного изотопа. Время, в течение которого количество радиоактивных атомов вещества уменьшается наполовину называется периодом его полураспада Т. Период полураспада может колебаться в широких пределах: от миллионных долей секунды (для полония 212 – 3*10 -7 сек) до миллиардов лет (для урана 238 – 4,5 млрд. лет). Чем меньше период полураспада, тем большее число атомов распадается в единицу времени. Для количественной оценки радиоактивного вещества важно знать не его вес, а число его атомов, распадающихся в единицу времени, т.е. активность изотопа. В качестве единицы активности а системе СИ принят беккерель (Бк). Активность 1 БК – это один распад в секунду. Однако на практике еще используется внесистемная единица кюри (Ки). Кюри соответствует 37 млрд. распадов в секунду (1Ки = 3,7*10 10 Бк). Такой, несколько странный выбор единицы активности связан с радием-226 исторически первым веществом, в котором были изучены законы радиоактивного распада. Активность 1 грамма радия равна 1Ки.

Чтобы оценить ионизирующее действие радиоактивных излучений введено понятие доза излучения. Существует экспозиционная и поглощенная доза. Экспозиционная доза в системе единиц СИ измеряется в кулонах на килограмм (Кл/кг). До сих пор используется внесистемная единица, введенная еще в 1928 г. только для рентгеновского и гамма-излучения, которая создает в 1 см 3 воздуха примерно 2 млрд. пар ионов, несущих одну электростатическую единицу заряда 1 рентген равен 2,58*10 -4 Кл/кг или 1 Кл/кг=3876 Р. Рентген определяет ионизирующую способность рентгеновского и гамма-излучения в воздухе. А для того, чтобы оценить те изменения, которые будут происходить в облучаемом объекте под воздействием любых видов излучений на конгрессе радиологов в Копенгагене (1953 г.) рекомендовано пользоваться поглощенной дозой.

Поглощенная доза. В качестве единицы поглощенного дозы был избран рад (rad, по первым английским буквам словосочетания «radiation absorbed dose» — радиационная абсорбированная доза). Рад – единица поглощенной дозы любого вида излучения, при которой одним граммом вещества поглощается энергия 100 эрг. В системе СИ единицей измерения поглощенной дозы является грей (Гр). 1 Гр – поглощенная доза, при которой в одном килограмме вещества независимо от вида излучения количество образующейся энергии составит 1 джоуль (1 Гр = 1Дж/кг = 100 рад) или 1 рад = 10 -2 Гр = 1 сантигрей. При соблюдении условия электронного равновесия можно считать, что в воздухе экспозиционная доза 1 Р соответствует поглощенной дозе 0,87 рад. Поглощенная энергия в воде и биологических тканях отличается на 5-10 от поглощенной энергии в воздухе и колеблется в пределах от 0,82 до 0,93 рад при дозе 1 Р. Таким образом, один рентген экспозиционной дозы примерно равен одному рад поглощенной дозы в биологической среде (1 Р ≈ 1 рад ≈ 1 сГр).

Эквивалентная доза. Биологическая эффективность различных видов излучения при одной и той же поглощенной дозе не одинакова. Живой организм реагирует на облучение не только величиной поглощенной энергии, но и на вид излучения, на то как распределяется энергия по клеточным структурам. Для удобства биологический эффект от воздействия любого вида излучения сравнивают с воздействием на живой организм рентгеновского или гамма-излучения, приняв его за единицу биологической эффективности. Такая доза, которая вызывает биологическое действие равное (эквивалентное) действию 1 рада рентгеновского или гамма-излучения была названа бэром (бэр), т.е. эквивалентная доза определяется как произведение поглощенной дозы на некий коэффициент Q-фактор качества или относительная биологическая эффективность (ОБЭ) присущий определенному виду излучения:

эквивалентная поглощенная фактор

доза доза качества

Q – фактор качества излучения для гамма-излучения равен единице, для быстрых нейтронов эквивалентен 10, при облучении альфа-частицами Q=20. Это означает, что даже малые поглощенные дозы некоторых видов излучения способны вызвать серьезные биологические последствия. В системе СИ единицей эквивалентной дозы называется зиверт (Зв) 1 Зв = 100 бэр или 1 бэр = 1 сантизиверт (10 -2 Зв).

Эффективная доза (Е) используется для оценки риска возникновения стохастических (т.е. случайных, вероятностных.е. ценки риска возникновения стохастических ()орых видов излучения способны вызвать серьезные биологические последствия. го ил) эффектов облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Радиочувствительность – выраженность реакций организма в целом, а также различных систем тканей и клеток на воздействие ионизирующего излучения.

Единица эффективной дозы – также зиверт (Зв).

Существует эффективная коллективная доза — мера коллективного риска возникновения стохастических эффектов облучения; она равна сумме индивидуальных эффективных доз. Единица эффективной коллективной дозы – человеко-зиверт (чел.-Зв). Приборы, предназначенные для измерения доз облучения, называется измерителями дозы (ИД) или дозиметрами. Они входят в общее число дозиметрических приборов (ДП), применяемых для обеспечения радиационной безопасности.

Мощность дозыилиуровень радиации характеризует так называемую скорость набора дозы, т.е. интенсивность излучения. Биологический эффект от воздействия ионизирующего излучения тем больше, чем быстрее это произойдет при одной и той же дозе облучения. Имеет значение и кратность воздействия. Так, однократное воздействие в дозе 1 Гр в течение суток приведет к развитию острой лучевой болезни (ОЛБ), тогда как многократное облучение в той же дозе в течение 10-30 суток существенно не отразиться на работоспособности человека. Мощность дозы (Р) – это доза (Д), отнесенная к единице времени (t):

В системе СИ единицей мощности поглощенной дозы служит грей в секунду (Гр/с), мощность эквивалентной дозы измеряется зивертом в секунду (Зв/с). Для измерения мощности экспозиционной дозы единицей СИ является ампер на килограмм (А/кг). Однако на практике для излучения уровня радиации чаще используется внесистемная единица мощности экспозиционной дозы — рентген в час (Р/ч).

Дозиметрические приборы, применяемые для измерения мощности дозы (уровня радиации) получили название рентгенметров, хотя теперь их чаще называют измерителями мощности дозы.

Степень радиоактивного заражения (РЗ) (загрязнения).Радиоактивные вещества, являющиеся источниками разных видов ионизирующего излучения могут находиться на поверхности различных предметов, растворены в жидкостях, быть в смеси с нерадиоактивными веществами. При этом степень радиоактивного заражения (РЗ) это количественная величина активности радиоактивных веществ, и отнесенная,

если это жидкость к единице объема а

если это твердое вещество (Р) = —— ;

если это зараженная площадь (S) = ——

Единицами измерения степени радиоактивного заражения являются расп/сек . м 3 ; расп/сек . кг; расп/сек . м 2 . На практике довольно часто степень РЗ оценивается в расп/мин . см 2 или по мощности дозы, создаваемой заряжением объектов на расстоянии 1-2 см от его поверхности в миллирентгенах в час (мР/ч). В дозиметрии определяемые степени зараженности РВ различных объектов называется – радиометрией, а дозиметрические приборы, применяемые для этого радиометрами. Соответствующая калибровка позволяет использовать в качестве радиометров измерители мощности доз.

1.3. Принципы устройства ядерных зарядов: на основе реакций:

— деления тяжелых ядер;

— термоядерного синтеза;

— принципиально новые типы ЯО 3-го и 4-го поколения

Главной частью ядерного боеприпаса является ядерный заряд, в котором происходят взрывные реакции. Основу ядерного заряда составляет ядерное взрывчатое вещество (ЯВВ), иногда его называют ядерным горючим. Для осуществления ядерного взрыва применяется:

— цепная деления ядер тяжелых элементов таких как уран-235, уран-233, плутоний-239.

— реакция синтеза ядер легких элементов (термоядерная реакция) изотопов водорода (дейтерия и трития) или дейтерий-литиевая смесь.

Деление ядерного горючего, т.е. ЯВВ происходит под действием нейтронов. Первичный нейтрон, попав в ядро, например урана-235, расщепляет его на два осколка. При этом выделяется два или три вторичных нейтрона и освобождается значительное количество ядерной энергии. Когда количество вторичных нейтронов продолжает нарастать в ядерном веществе количество делящихся ядер лавинообразно увеличивается. Это саморазвивающаяся реакция, начавшись делением одного или нескольких ядер и вовлекающая в процесс деления все больше число ядер называется цепной реакцией. Она протекает в миллионные доли секунды, сопровождается выделением колоссальной энергии и представляет собой ядерный (или как называли прежде атомный) взрыв (Рис.1).

Цепная реакция может развиваться в ядерном веществе только тогда, когда оно будет иметь определенную массу, в противном случае вторичные нейтроны вылетают за пределы вещества, не участвуя в процессе деления ядер. Наименьшее количество ядерного вещества, в котором развивается цепная реакция называется критической массой. Масса вещества, превышающая критическую, носит название надкритической, а если она будет меньше критической — подкритической.

Величина критической массы зависит не только от самого делящегося вещества, но и от его геометрической формы. Заряд, имеющий форму шара будет иметь наименьшую критическую массу.

Критическую массу можно уменьшить, если искусственно увеличить плотность вещества путем обжатия ядерного горючего направленной внутрь взрывной волной от обычного ВВ. Этот метод называется имплозивным. Если ядерный заряд поместить в оболочку – отражатель нейтронов, то величина критической массы будет уменьшаться. Это один из способов осуществления ядерного взрыва (Рис. 2).

Более простой способ называется пушечным.

Пушечный способ состоит в том, чтобы несколько разрозненных подкритических кусков ядерного вещества соединить в единое целое с надкритической массой (Рис.3).

В зоне ядерной реакции температура может достигать десятков миллионов градусов, а давление несколько миллиардов атмосфер. При таких условиях только небольшая часть ядерного вещества успевает разделиться, остальная же часть ядерного горючего безвозвратно теряется. Отношение количества разделившегося вещества к общему количеству вещества в ядерном заряде называется коэффициентом использования ядерного заряда. В разных зарядах он колеблется от 5-7% до 25-30%.

В ядерных боеприпасах в Хиросиме и Нагасаки коэффициент использования ядерного заряда не превышал 10%.

Ядерные заряды, в которых используется реакция деления тяжелых ядер, имеют ограничения по мощности. Другой способ создания ядерного заряда с практически неограниченной мощностью состоит в осуществлении реакции синтеза легких ядер. В качестве ядерного горючего здесь применяется смесь изотопов водорода дейтерия (Д) и трития (Т). По этой причине раньше такой боеприпас носил название водородного. Важнейшим условием для протекания реакции синтеза является высокая температура в десятки и сотни миллионов градусов. Для создания такой температуры предусматривается в качестве детонатора реакция деления тяжелых ядер урана-235 или плутония-239. Реакция синтеза может протекать по схеме:

Д + Т ® 4 ₂Не + 1 ₀n + 17,6 МэВ

В качестве ядерного горючего для термоядерной реакции считается возможным использовать дейтерий-литиевую смесь, которая при взаимодействии с нейтронами образует тритий, вступающий в реакцию с дейтерием.

При термоядерных реакциях образуются быстрые и сверхбыстрые нейтроны. Эти нейтроны способны вызывать деление ядер обычного природного урана-238. На основе этого созданы комбинированные термоядерные заряды, где основная часть энергии образуется за счет деления ядер урана-238, образующего своеобразную оболочку ядерного заряда.

Различают ядерные заряды деления (ранее они назывались атомными), термоядерные (водородные) заряды типа «деление- синтез» и комбинированные термоядерные заряды типа «деление-синтез-деление».

Третье поколение ядерного оружия – это рентгеновский лазер. Его действие заключается в накачке энергией ядерного взрыва рабочего тела с последующим излучением им рентгеновских лучей. Однако данное оружие не нашло военного применения и использовалось в качестве блефа американской администрацией в рамках «Стратегической оборонной инициативы» (СОИ) как оружие противоракетной обороны.

ЯО четвертого поколения представляет собой чисто термоядерный боеприпас, в котором реакция синтеза инициируется каким-либо альтернативным источником. С этой целью ведется разработка компактных сверхмощных импульсных источников электромагнитной энергии. Уже сконструированы такие мощные генераторы (FC – генераторы), способные путем сжатия магнитного потока взрывом обычной взрывчатки производить электрический ток, в 10-1000 раз превышающий ток в разряде типичной молнии. Предположительно, что подобный генератор использовался в американской электромагнитной бомбе (Е- бомба). Взрыв этой бомбы, 26 марта 2003 года вывел из строя все электронное оборудование телецентра в Багдаде. На базе последних достижений нанотехнологий разработаны мощные накопители электрической энергии. Такие конденсаторы могут быть использованы для накачки микролазеров, расположенных в боеголовке, и тем самым инициировать взрывную реакцию. Применение чисто термоядерного боеприпаса сведет к минимуму радиоактивное заражение.

Нейтронный боеприпас – разновидность ядерных боеприпасов с термоядерным зарядом малой мощности, отличающаяся повышенным выходом нейтронного излучения. В состав заряда нейтронного боеприпаса входит дейтерий-тритиевая смесь. Поражающее действие нейтронного боеприпаса на людей определяется проникающей радиацией, доза которой почти в 10 раз больше такого же по мощности ядерного заряда деления на одном и том же расстоянии от эпицентра взрыва.

Источник