Ионизирующего излучения - Ionizing radiation

Ионизирующий символ радиационной опасности

Ионизирующего излучения (ионизирующее излучение) является радиация, путешествуя как частица или электромагнитная волна, несущий в себе достаточно энергия отделить электроны из атомы или молекулы, тем самым ионизирующий атом или молекула.[1] Ионизирующее излучение состоит из энергетических субатомные частицы, ионы или атомы движется с высокой скоростью (обычно более 1% от скорость света ) и электромагнитные волны на высокоэнергетическом конце электромагнитный спектр.[нужна цитата ]

Гамма лучи, Рентгеновские лучи, а тем выше ультрафиолетовый часть электромагнитного спектра ионизируют, тогда как нижняя ультрафиолетовый часть электромагнитного спектра и весь спектр ниже УФ, включая видимый свет, почти все виды лазер свет, инфракрасный, микроволны, и радиоволны считаются неионизирующее излучение. Граница между ионизирующим и неионизирующим электромагнитным излучением, возникающим в ультрафиолете, четко не определена, поскольку разные молекулы и атомы ионизировать в разные энергии. Традиционное определение помещает границу в энергия фотона между 10эВ и 33 эВ в ультрафиолете (см. граница определения раздел ниже).

Типичные ионизирующие субатомные частицы, обнаруженные в радиоактивный распад включают альфа-частицы, бета-частицы и нейтроны. Почти все продукты радиоактивного распада ионизируются, потому что энергия радиоактивного распада обычно намного выше, чем энергия, необходимая для ионизации. Другие субатомные ионизирующие частицы, которые встречаются в природе: мюоны, мезоны, позитроны, и другие частицы, составляющие вторичный космические частицы которые производятся после первичного космические лучи взаимодействуют с атмосферой Земли.[2][3] Космические лучи генерируются звездами и некоторыми небесными явлениями, такими как сверхновая звезда взрывы. Космические лучи может также производить радиоизотопы на Земле (например, углерод-14 ), которые, в свою очередь, распадаются и производят ионизирующее излучение. Космические лучи и распад радиоактивных изотопы являются основными источниками естественного ионизирующего излучения на Земле, называемыми фоновое излучение. Ионизирующее излучение также может быть создано искусственно Рентгеновские трубки, ускорители частиц, и любой из различных методов искусственного получения радиоизотопов.

Ионизирующее излучение не обнаруживается человеческими органами чувств, поэтому приборы для обнаружения излучения, такие как Счетчики Гейгера должны использоваться, чтобы указать на его присутствие и измерить его. Однако высокие интенсивности могут вызывать излучение видимого света при взаимодействии с веществом, например, в Черенковское излучение и радиолюминесценция. Ионизирующее излучение используется в самых разных областях, таких как лекарство, атомная энергия, исследования, производство, строительство и многие другие области, но представляет опасность для здоровья, если не соблюдаются надлежащие меры против нежелательного воздействия. Воздействие ионизирующего излучения наносит ущерб жизни. ткань и может привести к лучевые ожоги, повреждение клеток, лучевая болезнь, рак, и смерть.[4]

Типы

Основная статья: Излучение частиц
Альфа (α) излучение состоит из быстро движущегося гелий-4 (4
Он
 ) ядра и является остановился листом бумаги. Бета (β) излучения, состоящего из электроны, останавливается алюминиевой пластиной. Гамма (γ) излучение, состоящее из энергетических фотоны, в конечном итоге абсорбируется, проникая в плотный материал. Нейтрон (п) излучение состоит из свободных нейтронов, которые блокируются легкими элементами, такими как водород, которые замедляют и / или захватывают их. Не показаны: галактические космические лучи которые состоят из энергично заряженных ядер, таких как протоны, гелий ядра, и высоко заряженные ядра, называемые Ионы HZE.
Облачные камеры являются одним из немногих способов визуализации ионизирующего излучения. Они работали в основном в исследование в первые дни физика элементарных частиц, но остаются важным инструментом обучения сегодня.

Ионизирующее излучение классифицируется по природе частиц или электромагнитных волн, которые создают ионизирующий эффект. Они имеют разные механизмы ионизации и могут быть сгруппированы как прямо или косвенно ионизирующие.

Прямая ионизация

Любая заряженная частица с массой может ионизироваться атомы непосредственно фундаментальное взаимодействие сквозь Кулоновская сила если он несет достаточную кинетическую энергию. Это включает в себя атомные ядра, электроны, мюоны, заряжено пионы, протоны, и энергично заряженные ядра, лишенные своих электронов. При движении с релятивистскими скоростями эти частицы обладают достаточной кинетической энергией для ионизации, но релятивистские скорости не требуются. Например, типичная альфа-частица ионизируется, но движется со скоростью около 5% c, а электрон с энергией 33 эВ (достаточно для ионизации) движется со скоростью около 1% c.

Первым двум известным ионизирующим источникам были даны специальные названия, используемые сегодня: ядра гелия, выброшенные из атомных ядер, называются альфа-частицы, а электроны, выбрасываемые обычно (но не всегда) с релятивистскими скоростями, называются бета-частицы.

Естественный космические лучи состоят в основном из релятивистских протонов, но также включают более тяжелые атомные ядра, такие как гелий ионы и Ионы HZE. В атмосфере такие частицы часто останавливаются молекулами воздуха, в результате чего образуются короткоживущие заряженные пионы, которые вскоре распадаются на мюоны, основной тип космического излучения, которое достигает земли (а также до некоторой степени проникает в нее). Пионы также можно производить в больших количествах в ускорителях частиц.

Альфа-частицы

Основная статья: Альфа-частица

Альфа-частицы состоят из двух протоны и два нейтроны связаны вместе в частицу, идентичную гелий ядро. Выбросы альфа-частиц обычно образуются в процессе альфа-распад, но также может производиться другими способами. Альфа-частицы названы в честь первой буквы в Греческий алфавит, α. Символ альфа-частицы - α или α2+. Поскольку они идентичны ядрам гелия, их также иногда записывают как Он2+
 или 4
2Он2+
 указывает на ион гелия с зарядом +2 (без двух электронов). Если ион получает электроны из окружающей среды, альфа-частица может быть записана как нормальный (электрически нейтральный) атом гелия. 4
2Он.

Альфа-частицы - это сильно ионизирующая форма излучения частиц. Когда они возникают в результате радиоактивного альфа-распада, они имеют низкую глубину проникновения. В этом случае они могут быть поглощен несколькими сантиметрами воздуха или кожей. Более мощные альфа-частицы дальнего действия от тройное деление в три раза более энергичны и пропорционально проникают в воздух. Ядра гелия, которые образуют 10–12% космических лучей, также обычно имеют гораздо более высокую энергию, чем ядра, производимые процессами ядерного распада, и при встрече в космосе, таким образом, способны проходить через человеческое тело и плотную защиту. Однако этот тип излучения значительно ослабляется атмосферой Земли, которая представляет собой радиационный экран, эквивалентный примерно 10 метрам воды.[5]

Бета-частицы

Основная статья: Бета-частицы

Бета-частицы обладают высокой энергией и высокой скоростью. электроны или позитроны испускается некоторыми видами радиоактивный ядра, такие как калий-40. Производство бета-частиц называется бета-распад. Они обозначены Греческая буква бета (β). Есть две формы бета-распада, β− и β+, которые дают начало электрону и позитрону.[6]

Когда что-то говорят радиоактивное загрязнение, это часто означает, что с его поверхности испускаются бета-частицы, которые можно обнаружить с помощью счетчик Гейгера или другой детектор излучения. При приближении к бета-излучателю детектор укажет на резкое увеличение радиоактивности. Когда зонд детектора накрыт экраном, блокирующим бета-лучи, показания значительно уменьшатся.

Бета-частицы высокой энергии могут производить рентгеновские лучи, известные как тормозное излучение («тормозное излучение») или вторичные электроны (дельта-луч ) когда они проходят через материю. Оба они могут вызвать косвенный эффект ионизации.

Тормозное излучение вызывает беспокойство при экранировании бета-излучателей, поскольку взаимодействие бета-частиц с экранирующим материалом вызывает тормозное излучение. Этот эффект сильнее с материалом с высоким атомным номером, поэтому материал с низким атомным номером используется для защиты источника бета-излучения.

Позитроны и другие типы антивещества

Основные статьи: Позитрон и Антивещество

В позитрон или антиэлектрон это античастица или антивещество аналог электрон. Когда позитрон низкой энергии сталкивается с электроном низкой энергии, уничтожение происходит, что приводит к их преобразованию в энергию двух или более гамма-луч фотоны (увидеть электрон-позитронная аннигиляция ).

Позитроны могут быть получены позитронное излучение ядерный распад (через слабые взаимодействия ) или парное производство из достаточно энергичного фотон. Позитроны - обычные искусственные источники ионизирующего излучения, используемые в медицине. позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) сканирование.

Поскольку позитроны являются положительно заряженными частицами, они также могут напрямую ионизировать атом через кулоновские взаимодействия.

Заряженные ядра

Заряженные ядра характерны для галактических космических лучей и событий с солнечными частицами и, за исключением альфа-частиц (заряженных ядер гелия), не имеют естественных источников на Земле. Однако в космосе протоны очень высоких энергий, ядра гелия и ионы HZE могут быть первоначально остановлены относительно тонкими слоями защиты, одежды или кожи. Однако в результате взаимодействия будет генерироваться вторичное излучение и возникать каскадные биологические эффекты. Если, например, энергичный протон вытесняет хотя бы один атом ткани, столкновение вызовет дальнейшие взаимодействия в теле. Это называется "линейная передача энергии "(LET), который использует упругое рассеяние.

LET можно представить себе как бильярдный шар, ударяющий по другому в виде сохранение импульса, отбрасывая обоих с энергией первого шара, неравномерно разделенной между ними. Когда заряженное ядро ​​ударяется о относительно медленно движущееся ядро ​​объекта в космосе, возникает ЛПЭ, и нейтроны, альфа-частицы, протоны низкой энергии и другие ядра высвобождаются в результате столкновений и вносят вклад в общую поглощенную дозу ткани.[7]

Косвенно ионизирующий

Непрямое ионизирующее излучение электрически нейтрально и поэтому не сильно взаимодействует с веществом. Основная часть ионизационных эффектов обусловлена ​​вторичной ионизацией.

Примером косвенно ионизирующего излучения является нейтронное излучение.

Фотонное излучение

Смотрите также: Гамма лучи и Рентгеновские лучи
Различные типы электромагнитное излучение
Общий коэффициент поглощения свинца (атомный номер 82) для гамма-излучения в зависимости от энергии гамма-излучения, а также вклад трех эффектов. Здесь фотоэлектрический эффект преобладает при низкой энергии. Выше 5 МэВ начинает преобладать образование пар.

Хотя фотоны электрически нейтральны, они могут ионизировать атомы прямо через фотоэлектрический эффект и Эффект Комптона. Любое из этих взаимодействий вызовет выброс электрона из атома с релятивистскими скоростями, превращая этот электрон в бета-частицу (вторичную бета-частицу), которая будет ионизировать многие другие атомы. Поскольку большинство затронутых атомов ионизируются непосредственно вторичная бета частицы, фотоны называют косвенно ионизирующим излучением.[8]

Фотонное излучение называется гамма излучение если произведено ядерная реакция, субатомная частица распад, или радиоактивный распад внутри ядра. Это иначе называется рентгеновские лучи если производится вне ядра. Поэтому для описания обоих используется общий термин фотон.[9][10][11]

Рентгеновские лучи обычно имеют более низкую энергию, чем гамма-лучи, и по старому соглашению граница определялась как длина волны 10−11 м или энергия фотона 100 кэВ.[12] Этот порог был обусловлен ограничениями старых рентгеновских трубок и низкой осведомленностью о изомерные переходы. Современные технологии и открытия привели к перекрытию энергии рентгеновского излучения и гамма-излучения. Во многих областях они функционально идентичны, различаясь для наземных исследований только происхождением излучения. Однако в астрономии, где происхождение излучения часто не может быть надежно определено, было сохранено старое энергетическое разделение: рентгеновские лучи определены как находящиеся между 120 эВ и 120 кэВ, а гамма-лучи - как имеющие любую энергию выше 100-120 кэВ. независимо от источника. Самый астрономический "гамма-астрономия " известны нет возникают в ядерных радиоактивных процессах, а скорее возникают в результате процессов, подобных тем, которые производят астрономическое рентгеновское излучение, за исключением того, что они управляются гораздо более энергичными электронами.

Фотоэлектрическое поглощение является доминирующим механизмом в органических материалах для энергии фотонов ниже 100 кэВ, что типично для классических рентгеновских трубок. Рентгеновские лучи. При энергиях выше 100 кэВ фотоны все больше ионизируют вещество через Эффект Комптона, а затем косвенно через парное производство при энергиях выше 5 МэВ. На прилагаемой диаграмме взаимодействия показаны два последовательно происходящих комптоновского рассеяния. При каждом рассеянии гамма-луч передает энергию электрону, и он продолжает свой путь в другом направлении с уменьшенной энергией.

Граница определения для фотонов с более низкой энергией

Смотрите также: Ультрафиолетовый

Самая низкая энергия ионизации любого элемента составляет 3,89 эВ, для цезий. Однако в материалах Федеральной комиссии по связи США ионизирующее излучение определяется как излучение с энергия фотона более 10 эВ (эквивалентно дальнему ультрафиолетовый длина волны 124 нанометры ).[13] Примерно это соответствует как первому энергия ионизации кислорода, а энергия ионизации водорода около 14 эВ.[14] В некоторых Агентство по охране окружающей среды ссылки приведены ссылки на ионизацию типичной молекулы воды при энергии 33 эВ.[15] как соответствующий биологический порог для ионизирующего излучения: это значение представляет так называемый W-значение, разговорное название для ICRU с средняя энергия, затрачиваемая в газе на образовавшуюся ионную пару,[16] который объединяет энергию ионизации плюс энергию, потерянную для других процессов, таких как возбуждение.[17] На длине волны 38 нм для электромагнитное излучение 33 эВ близко к энергии при обычном переходе на длине волны 10 нм между крайним ультрафиолетом и рентгеновским излучением, который происходит при примерно 125 эВ. Таким образом, рентгеновское излучение всегда ионизирующее, но только крайнее ультрафиолетовое излучение может считаться ионизирующим во всех определениях.

Биологическое действие ионизирующего излучения на клетки чем-то напоминает действие более широкого спектра молекулярно разрушающий излучение, которое перекрывает ионизирующее излучение и выходит за его пределы, до несколько более низких энергий во всех областях УФ и иногда видимого света в некоторых системах (таких как фотосинтетические системы в листьях). Несмотря на то что ДНК всегда подвержена повреждению ионизирующим излучением, молекула ДНК также может быть повреждена излучением с энергией, достаточной для возбуждения определенных молекулярные связи формировать димеры пиримидина. Эта энергия может быть меньше ионизирующей, но близкой к ней. Хорошим примером является энергия ультрафиолетового спектра, которая начинается примерно с 3,1 эВ (400 нм) и близка к тому же уровню энергии, который может вызвать солнечный ожог к незащищенной коже, в результате фотореакции в коллаген и (в УФ-В диапазон) также повреждение ДНК (например, димеры пиримидина ). Таким образом, средний и нижний ультрафиолетовый электромагнитный спектр повреждает биологические ткани в результате электронного возбуждения в молекулах, которое не достигает ионизации, но вызывает аналогичные нетепловые эффекты. В некоторой степени было доказано, что видимый свет, а также ультрафиолет А (UVA), который наиболее близок к видимой энергии, приводят к образованию активные формы кислорода в коже, которые вызывают косвенное повреждение, поскольку это электронно-возбужденные молекулы, которые могут вызывать реактивные повреждения, хотя они не вызывают солнечных ожогов (эритемы).[18] Подобно повреждению ионизацией, все эти эффекты на коже выходят за рамки тех, которые вызываются простыми тепловыми эффектами.

Взаимодействие излучения: гамма-лучи представлены волнистыми линиями, заряженные частицы и нейтроны - прямыми линиями. Маленькие кружки показывают, где происходит ионизация.

Нейтронов

Основные статьи: Нейтрон и нейтронное излучение

Нейтронов имеют нулевой электрический заряд и поэтому часто не напрямую вызвать ионизацию за один шаг или взаимодействие с веществом. Однако быстрые нейтроны будут взаимодействовать с протонами в водороде через ПОЗВОЛЯТЬ, и этот механизм рассеивает ядра материалов в целевой области, вызывая прямую ионизацию атомов водорода. Когда нейтроны поражают ядра водорода, возникает протонное излучение (быстрые протоны). Эти протоны сами ионизируются, потому что они обладают высокой энергией, заряжены и взаимодействуют с электронами в веществе.

Нейтроны, которые поражают другие ядра, помимо водорода, будут передавать меньше энергии другой частице, если LET действительно происходит. Но для многих ядер, пораженных нейтронами, неупругое рассеяние происходит. Произойдет ли упругое или неупругое рассеяние, зависит от скорости нейтрона, независимо от того, происходит ли это. быстрый или тепловой или где-то посередине. Он также зависит от поражаемых ядер и его нейтронное сечение.

При неупругом рассеянии нейтроны легко поглощаются в виде ядерная реакция называется захват нейтронов и атрибуты нейтронная активация ядра. Взаимодействие нейтронов с большинством типов веществ таким образом обычно приводит к радиоактивный ядра. Обильный кислород-16 ядро, например, подвергается нейтронной активации, быстро распадается с испусканием протона, образуя азот-16, который распадается на кислород-16. Короткоживущий распад азота-16 испускает мощный бета-луч. Этот процесс можно записать как:

16На стр) 16N (возможен захват быстрых нейтронов с нейтронами> 11 МэВ)

16N → 16O + β− (Распад t1/2 = 7,13 с)

Этот высокоэнергетический β− далее быстро взаимодействует с другими ядрами, испуская высокоэнергетический γ через Тормозное излучение

Хотя реакция не была благоприятной, 16На стр) 16Реакция N является основным источником рентгеновских лучей, испускаемых охлаждающей водой реактор с водой под давлением и вносит огромный вклад в излучение, создаваемое водяным охлаждением ядерный реактор во время работы.

Для наилучшей защиты от нейтронов углеводороды с содержанием водород используются.

В делящийся материалы, вторичные нейтроны могут производить ядерные цепные реакции, вызывая большую ионизацию от дочерние продукты деления.

Вне ядра свободные нейтроны нестабильны и имеют среднее время жизни 14 минут 42 секунды. Свободные нейтроны распадаются с испусканием электрона и электронного антинейтрино, чтобы стать протоном, процесс, известный как бета-распад:[19]

На диаграмме рядом нейтрон сталкивается с протоном материала мишени, а затем становится быстрым протоном отдачи, который, в свою очередь, ионизируется. В конце своего пути нейтрон захватывается ядром в (n, γ) -реакции, которая приводит к испусканию захват нейтронов фотон. У таких фотонов всегда достаточно энергии, чтобы считаться ионизирующим излучением.

Физические эффекты

Основная статья: Радиационный ущерб
Ионизированный воздух светится синим светом вокруг луча ионизирующего излучения твердых частиц от циклотрон

Ядерные эффекты

Нейтронное излучение, альфа-излучение и чрезвычайно энергичное гамма-излучение (> ~ 20 МэВ) могут вызывать ядерная трансмутация и наведенная радиоактивность. Соответствующие механизмы нейтронная активация, альфа-поглощение, и фотодезинтеграция. Достаточно большое количество трансмутаций может изменить макроскопические свойства и привести к тому, что мишени станут сами радиоактивными, даже после удаления исходного источника.

Химические эффекты

Основная статья: Радиационная химия

Ионизация молекул может привести к радиолиз (разрыв химических связей) и образование высокореакционных свободные радикалы. Эти свободные радикалы могут затем вступать в химическую реакцию с соседними материалами даже после прекращения первоначального излучения. (например., растрескивание озона полимеров озоном, образующихся при ионизации воздуха). Ионизирующее излучение может также ускорить существующие химические реакции, такие как полимеризация и коррозия, за счет увеличения энергии активации, необходимой для реакции. Оптические материалы разрушаются под действием ионизирующего излучения.

Ионизирующее излучение высокой интенсивности в воздухе может вызывать видимое ионизированное свечение воздуха характерного голубовато-пурпурного цвета. Свечение можно наблюдать, например, во время аварии с критичностью, около грибовидные облака вскоре после ядерный взрыв, или внутри поврежденного ядерного реактора, как во время Чернобыльская катастрофа.

Одноатомные жидкости, например расплавленный натрий, не имеют химических связей, которые нужно разорвать, и кристаллической решетки, которую нужно нарушить, поэтому они невосприимчивы к химическому воздействию ионизирующего излучения. Простые двухатомные соединения с очень отрицательным энтальпия образования, такие как фтороводород будет быстро и самопроизвольно преобразовываться после ионизации.

Электрические эффекты

Ионизация материалов временно увеличивает их проводимость, потенциально позволяя повредить уровни тока. Это особая опасность в полупроводник микроэлектроника, используемая в электронном оборудовании, с последующими токами, вызывающими ошибки в работе или даже необратимыми повреждениями устройств. Могут быть изготовлены устройства, предназначенные для сред с высоким уровнем излучения, таких как атомная промышленность и внеатмосферное (космическое) применение. радиация жесткий чтобы противостоять таким эффектам с помощью дизайна, выбора материалов и методов изготовления.

Протонное излучение, обнаруженное в космосе, также может вызывать одиночные расстройства в цифровых схемах. Электрические эффекты ионизирующего излучения используются в газонаполненных детекторах излучения, например то Счетчик Гейгера-Мюллера или ионная камера.

Влияние на здоровье

Основная статья: Радиобиология

В общем, ионизирующее излучение вредно и потенциально смертельно для живых существ, но некоторые типы имеют медицинское применение в радиационная терапия для лечения рака и тиреотоксикоз.

Наиболее неблагоприятные последствия воздействия ионизирующего излучения на здоровье можно разделить на две общие категории:

  • детерминированные эффекты (вредные тканевые реакции) в значительной степени из-за уничтожения или нарушения функции клеток после высоких доз от лучевые ожоги.
  • стохастические эффекты, т.е. рак и наследственные эффекты, включая развитие рака у лиц, подвергшихся воздействию, вследствие мутация соматических клеток или наследственного заболевания у их потомства из-за мутации репродуктивных (половых) клеток.[20]

Наиболее частое воздействие - стохастическое. индукция рака с латентным периодом в годы или десятилетия после воздействия. Например, ионизирующее излучение - одна из причин хронический миелолейкоз,[21][22][23] хотя большинство людей с ХМЛ не подвергались облучению.[22][23] Механизм, с помощью которого это происходит, хорошо изучен, но количественные модели, предсказывающие уровень риска, остаются противоречивыми. Наиболее широко распространенная модель утверждает, что заболеваемость раком из-за ионизирующего излучения увеличивается линейно с увеличением эффективная доза облучения по ставке 5,5% за зиверт.[24] Если это линейная модель правильно, тогда естественно фоновое излучение является наиболее опасным источником радиации для здоровья населения, за которым следует медицинская визуализация. Другие стохастические эффекты ионизирующего излучения: тератогенез, снижение когнитивных способностей, и сердечное заболевание.

Измерение

В таблице ниже показаны величины излучения и дозы в единицах СИ и других единицах. Соотношения величин доз МКРЗ показаны на прилагаемой диаграмме.

График, показывающий взаимосвязь между радиоактивностью и обнаруженным ионизирующим излучением
Методы измерения радиации
КоличествоДетекторЕдиницы CGSЕдиницы СИПрочие единицы
Скорость дезинтеграциикюрибеккерель
Частицы потоксчетчик Гейгера, пропорциональный счетчик, сцинтилляторсчитает/см2 · второйсчитает/метр2 · второйотсчетов в минуту, частиц на см2 в секунду
Энергия флюенстермолюминесцентный дозиметр, пленочный бейдж-дозиметрМэВ/см2джоуль/метр2
Энергия лучапропорциональный счетчикэлектронвольтджоуль
Линейная передача энергиипроизводная величинаМэВ/смДжоуль/метркэВ/мкм
Kermaионизационная камера, полупроводниковый детектор, дозиметр из кварцевого волокна, Измеритель радиоактивных осадков КирниESU/см3серыйрентген
Поглощенная дозакалориметррадсерыйпредставитель
Эквивалентная дозапроизводная величинаremзиверт
Эффективная дозапроизводная величинаremзивертBRET
Предполагаемая дозапроизводная величинаremзивертбанановая эквивалентная доза

Детектор излучения

Основные статьи: Ядерная технология и Радиобиология

Ионизирующее излучение используется во многих промышленных, военных и медицинских целях.Его полезность должна быть уравновешена его опасностями - компромисс, который со временем изменился. Например, в свое время помощники в обувных магазинах использовали рентгеновские снимки, чтобы проверить размер детской обуви, но эта практика была прекращена, когда были лучше поняты риски ионизирующего излучения.[25]

Нейтронное излучение необходимо для работы ядерные реакторы и ядерное оружие. Проникающая способность рентгеновского, гамма, бета и позитронного излучения используется для медицинская визуализация, неразрушающий контроль, а также различные промышленные датчики. Радиоактивные индикаторы используются в медицинских и промышленных приложениях, а также в биологических и радиационная химия. Альфа-излучение используется в статические нейтрализаторы и детекторы дыма. Стерилизующее действие ионизирующего излучения полезно для очистки медицинских инструментов, облучение пищевых продуктов, а метод стерильных насекомых. Измерения углерод-14, можно использовать для Дата остатки давно умерших организмов (например, древесина, возраст которой тысячи лет).

Источники излучения

Ионизирующее излучение возникает в результате ядерных реакций, ядерного распада, очень высокой температуры или ускорения заряженных частиц в электромагнитных полях. Естественные источники включают солнце, молнии и взрывы сверхновых. Искусственные источники включают ядерные реакторы, ускорители частиц и рентгеновские трубки.

В Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) перечислил типы облучения человека.

Тип радиационного воздействия
Общественное освещение
Природные источникиНормальные случаиКосмическое излучение
Земная радиация
Расширенные источникиДобыча металлов и плавка
Фосфат промышленность
Добыча угля и производство электроэнергии из угля
Масло и газовое бурение
Редкоземельный и оксид титана отрасли
Цирконий и керамика отрасли
Применение радий и торий
Другие ситуации воздействия
Искусственные источникиМирные целиАтомная энергия производство
Перевозка ядерных и радиоактивных материалов
Применение, отличное от ядерной энергетики
Военные целиЯдерные испытания
Остатки в окружающей среде. Радиоактивные осадки
Исторические ситуации
Воздействие несчастных случаев
Профессиональное радиационное облучение
Природные источникиЭкспозиции космическими лучами воздушный экипаж и космический экипаж
Риски в добывающих и перерабатывающих отраслях
Газовая и нефтедобывающая промышленность
Облучение радоном на рабочих местах, кроме шахт
Искусственные источникиМирные целиАтомная энергетика
Медицинское использование излучения
Промышленное использование излучения
Разное использование
Военные целиДругие работники, подвергшиеся воздействию
Источник Приложение B НКДАР ООН 2008 г. получено 2011-7-4

В Международная комиссия по радиологической защите управляет Международной системой радиологической защиты, которая устанавливает рекомендуемые пределы приема дозы.

Фоновое излучение

Основная статья: Фоновое излучение

Фоновое излучение исходит как от естественных, так и от искусственных источников.

Среднее глобальное воздействие ионизирующего излучения на людей составляет около 3 мЗв (0,3 бэр) в год, 80% из которых приходится на долю природы. Остальные 20% являются результатом воздействия искусственных источников излучения, в основном от медицинская визуализация. Среднее антропогенное воздействие намного выше в развитых странах, в основном из-за Компьютерная томография и ядерная медицина.

Естественный фоновое излучение исходит из пяти основных источников: космическое излучение, солнечное излучение, внешние земные источники, излучение в теле человека и радон.

Уровень фона для естественной радиации значительно варьируется в зависимости от местоположения, составляя всего 1,5 мЗв / год (1,5 мЗв в год) в некоторых районах и более 100 мЗв / год в других. Самый высокий уровень чисто естественной радиации, зарегистрированный на поверхности Земли, составляет 90 мкГр / ч (0,8 Гр / год) на бразильском черном пляже, состоящем из монацит.[26] Самый высокий радиационный фон в населённом пункте наблюдается в Рамсар в первую очередь из-за природного радиоактивного известняка, используемого в качестве строительного материала. Около 2000 наиболее уязвимых жителей получают в среднем доза облучения из 10мГр в год, (1рад / год) в десять раз больше, чем рекомендованный МКРЗ предел воздействия на население из искусственных источников.[27] Рекордные уровни были обнаружены в доме, где эффективная доза облучения за счет внешнего излучения составила 135 мЗв / год (13,5 бэр / год), а ожидаемая доза из радон составила 640 мЗв / год (64,0 бэр / год).[28] Этот уникальный случай более чем в 200 раз превышает средний мировой фон. Несмотря на высокий уровень радиационного фона, который получают жители Рамсарской конвенции, нет убедительных доказательств того, что они подвергаются большему риску для здоровья. Рекомендации МКРЗ являются консервативными пределами и могут представлять собой завышенное представление о фактическом риске для здоровья. Как правило, организация по радиационной безопасности рекомендует самые консервативные пределы, предполагая, что лучше проявить осторожность. Этот уровень осторожности уместен, но его не следует использовать для создания опасений по поводу радиационной опасности. Радиационная опасность от фонового излучения может быть серьезной угрозой, но более вероятно, что это небольшой общий риск по сравнению со всеми другими факторами окружающей среды.

Космическое излучение

Смотрите также: Космический луч

Земля и все живые существа на ней постоянно подвергаются бомбардировке радиацией за пределами нашей солнечной системы. Это космическое излучение состоит из релятивистских частиц: положительно заряженных ядер (ионов) из 1 аму протоны (около 85%) до 26 а.е.м. утюг ядра и даже дальше. (Частицы с высоким атомным номером называются Ионы HZE.) Энергия этого излучения может намного превышать ту, которую может создать человек, даже в самых больших ускорители частиц (увидеть космические лучи сверхвысокой энергии ). Это излучение взаимодействует в атмосфере, создавая вторичное излучение, которое проливается дождем, в том числе рентгеновские лучи, мюоны, протоны, антипротоны, альфа-частицы, пионы, электроны, позитроны, и нейтроны.

В доза космическое излучение в основном исходит от мюонов, нейтронов и электронов с мощностью дозы, которая варьируется в разных частях мира и в основном зависит от геомагнитного поля, высоты и солнечного цикла. Мощность дозы космического излучения на самолетах настолько высока, что, согласно отчету НКДАР ООН 2000 года (см. Ссылки внизу), работники летных экипажей авиакомпаний получают в среднем больше дозы, чем любой другой работник, в том числе на атомных электростанциях. Экипажи авиакомпаний получают больше космических лучей, если они обычно работают по маршрутам полета, которые ведут их близко к Северному или Южному полюсу на больших высотах, где этот тип излучения максимален.

Космические лучи также включают гамма-лучи высокой энергии, которые намного превосходят энергию, производимую солнечными или человеческими источниками.

Внешние земные источники

Большинство материалов на Земле содержат радиоактивные вещества. атомы, пусть даже в небольших количествах. Большая часть дозы, полученной от этих источников, приходится на излучатели гамма-излучения в строительных материалах или камнях и почве, когда они находятся снаружи. Главная радионуклиды беспокоит земная радиация изотопы калий, уран, и торий. С момента образования Земли активность каждого из этих источников снижается.

Внутренние источники излучения

Смотрите также: Предполагаемая доза

Все земные материалы, которые являются строительными блоками жизни, содержат радиоактивный компонент. Поскольку люди, растения и животные потребляют пищу, воздух и воду, в организме накапливается запас радиоизотопов (см. банановая эквивалентная доза ). Некоторые радионуклиды, например калий-40, испускают гамма-излучение высокой энергии, которое можно измерить с помощью чувствительных электронных систем измерения излучения. Эти внутренние источники излучения вносят вклад в общую дозу облучения человека от естественный радиационный фон.

Радон

Смотрите также: Воздействие радона на здоровье

Важным источником естественной радиации является радон газ, который непрерывно просачивается из коренных пород, но из-за своей высокой плотности может накапливаться в плохо вентилируемых домах.

Радон-222 это газ, образующийся при распаде радий -226. Оба являются частью естественного уран цепочка распада. Уран находится в почве по всему миру в различных концентрациях. Радон является основной причиной рака легких среди некурящих и второй по значимости причиной в целом.[29]

Радиационное воздействие

Различные дозы радиации в зивертах, от незначительных до смертельных.
Основная статья: Радиационная защита

Есть три стандартных способа ограничить воздействие:

  1. Время: Для людей, подвергающихся облучению в дополнение к естественному фоновому излучению, ограничение или минимизация времени воздействия снизит дозу от источника излучения.
  2. Расстояние: Интенсивность излучения резко уменьшается с расстоянием, согласно закон обратных квадратов (в абсолютном вакууме).[30]
  3. Экранирование: Воздуха или кожи может быть достаточно для существенного ослабления альфа- и бета-излучения. Барьеры вести, конкретный, или вода часто используются для обеспечения эффективной защиты от более проникающих частиц, таких как гамма-лучи и нейтроны. Некоторые радиоактивные материалы хранятся или обрабатываются под водой или дистанционное управление в помещениях, построенных из толстого бетона или облицованных свинцом. Есть специальные пластик экраны, которые задерживают бета-частицы, а воздух задерживает большинство альфа-частиц. Эффективность материала для защиты от излучения определяется его половинная толщина, толщина материала, уменьшающего излучение вдвое. Это значение зависит от самого материала, а также от типа и энергии ионизирующего излучения. Некоторые общепринятые толщины ослабляющего материала составляют 5 мм алюминия для большинства бета-частиц и 3 дюйма свинца для гамма-излучения.

Все они могут быть применены к природным и искусственным источникам. Для искусственных источников использование Сдерживание является основным инструментом снижения поглощения дозы и эффективно сочетает экранирование и изоляцию от открытой среды. Радиоактивные материалы хранятся в минимально возможном пространстве и хранятся вне окружающей среды, например, в горячая камера (для излучения) или бардачок (на загрязнение). Радиоактивные изотопы для медицинского использования, например, отпускаются в закрытых помещениях для обработки, обычно в перчаточных боксах, а ядерные реакторы работать в закрытых системах с множеством барьеров, удерживающих радиоактивные материалы. В рабочих помещениях, горячих камерах и перчаточных боксах давление воздуха немного снижено, чтобы предотвратить утечку переносимого по воздуху материала в открытую среду.

В ядерных конфликтах или гражданских ядерных выбросах Гражданская оборона Эти меры могут помочь снизить облучение населения за счет снижения потребления изотопов и профессионального облучения. Один из них - проблема йодистый калий (KI) таблетки, блокирующие усвоение радиоактивный йод (один из основных радиоизотопных продуктов ядерное деление ) в человека щитовидная железа железа.

Профессиональное воздействие

Лица, подвергающиеся профессиональному облучению, контролируются в рамках нормативной базы страны, в которой они работают, и в соответствии с любыми местными ограничениями ядерной лицензии. Обычно они основаны на рекомендациях МКРЗ. Международная комиссия по радиологической защите рекомендует ограничить искусственное облучение. Для профессионального облучения предел составляет 50 мЗв за один год и максимум 100 мЗв за последовательный пятилетний период.[24]

Радиационное облучение этих людей тщательно контролируется с использованием дозиметры и другие приборы радиологической защиты, которые будут измерять концентрацию радиоактивных частиц, показания дозы гамма-излучения и радиоактивное загрязнение. Ведется юридическая запись дозы.

Примеры деятельности, вызывающей опасения по поводу профессионального облучения, включают:

Некоторые антропогенные источники радиации воздействуют на организм прямым излучением, известным как эффективная доза (радиация) в то время как другие принимают форму радиоактивное загрязнение и облучать тело изнутри. Последний известен как ожидаемая доза.

Общественное освещение

Медицинские процедуры, такие как диагностические Рентгеновские лучи, ядерная медицина, и радиационная терапия на сегодняшний день являются наиболее значительным источником антропогенного облучения населения. Некоторые из основных радионуклиды используются I-131, Тс-99М, Co-60, Ir-192, и CS-137. Население также подвергается облучению от потребительских товаров, таких как табак (полоний -210), горючее топливо (газ, каменный уголь, так далее.), телевизоры светящийся часы и циферблаты (тритий ), аэропорт рентгеновский снимок системы, детекторы дыма (америций ), электронные лампы и мантии газовых фонарей (торий ).

В меньшей степени представители общественности подвергаются облучению от ядерное топливо цикл, который включает в себя всю последовательность от обработки уран к захоронению отработавшего топлива. Эффект от такого воздействия не был надежно измерен из-за очень низких доз. Оппоненты используют модель рака на дозу, чтобы утверждать, что такая деятельность вызывает несколько сотен случаев рака в год. Линейная беспороговая модель (LNT).

Международная комиссия по радиологической защите рекомендует ограничивать искусственное облучение населения в среднем до 1 мЗв (0,001 Зв) эффективной дозы в год, не считая медицинского и профессионального облучения.[24]

В ядерная война, гамма-лучи как от первоначального взрыва оружия, так и выпадать будут источниками радиационного облучения.

Космический полет

Массивные частицы беспокоят космонавтов за пределами магнитное поле земли кто получит солнечные частицы от солнечные протонные события (SPE) и галактические космические лучи из космических источников. Эти заряженные ядра высокой энергии блокируются магнитным полем Земли, но создают серьезная проблема со здоровьем для космонавтов, путешествующих на Луну и в любые отдаленные места за пределами земной орбиты. В частности, известно, что высокозарядные ионы HZE чрезвычайно опасны, хотя протоны составляют подавляющее большинство галактических космических лучей. Свидетельства указывают на уровни радиации SPE в прошлом, которые были бы смертельными для незащищенных астронавтов.[33]

Воздушное путешествие

Путешествие по воздуху подвергает людей в самолетах повышенному излучению из космоса по сравнению с уровнем моря, в том числе: космические лучи и из Солнечная вспышка События.[34][35] Программное обеспечение, такое как Epcard, CARI, SIEVERT, PCAIRE - попытки смоделировать воздействие на экипажей и пассажиров.[35] Пример измеренной дозы (не моделируемой дозы) составляет 6 мкЗв в час от лондонского аэропорта Хитроу до токийского Нарита по высокоширотному полярному маршруту.[35] Однако дозировки могут варьироваться, например, в периоды высокой солнечной активности.[35] Федеральное управление гражданской авиации США требует от авиакомпаний предоставлять летному экипажу информацию о космическом излучении, а также Международная комиссия по радиологической защите рекомендация для населения - не более 1 мЗв в год.[35] Кроме того, многие авиакомпании не разрешают беременная членов экипажа в соответствии с Европейской директивой.[35] FAA рекомендует общий предел 1 мЗв для беременности и не более 0,5 мЗв в месяц.[35] Информация изначально основана на Основы аэрокосмической медицины опубликовано в 2008 году.[35]

Предупреждающие знаки радиационной опасности

Смотрите также: Символ ионизирующего излучения

Опасные уровни ионизирующего излучения обозначены знаком трилистника на желтом фоне. Обычно они размещаются на границе зоны радиационного контроля или в любом месте, где уровни радиации значительно превышают фон из-за вмешательства человека.

Красный предупреждающий знак об ионизирующем излучении (ISO 21482) был выпущен в 2007 году и предназначен для МАГАТЭ Источники категорий 1, 2 и 3, определяемые как опасные источники, способные привести к смерти или серьезным травмам, включая пищевые облучатели, аппараты телетерапии для лечения рака и промышленные радиографические установки. Этот символ должен быть размещен на устройстве, в котором находится источник, как предупреждение, что нельзя разбирать устройство или приближаться. Он не будет виден при нормальном использовании, только если кто-то попытается разобрать устройство. Этот символ не будет размещен на дверях входа в здание, транспортных упаковках или контейнерах.[36]

  • Символ опасности ионизирующего излучения

  • 2007 ISO радиоактивность символ опасности, предназначенный для МАГАТЭ Источники категорий 1, 2 и 3 определены как опасные источники, способные привести к смерти или серьезным травмам.[36]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Ионизирующее излучение, воздействие на здоровье и защитные меры». Всемирная организация здоровья. 29 апреля 2016 г.
  2. ^ Вудсайд, Гейл (1997). Инженерия окружающей среды, безопасности и здоровья. США: John Wiley & Sons. п. 476. ISBN  978-0471109327. В архиве из оригинала от 19.10.2015.
  3. ^ Столлкап, Джеймс Г. (2006). OSHA: Упрощенные правила электросвязи в высоковольтных сетях Stallcup. США: Jones & Bartlett Learning. п. 133. ISBN  978-0763743475. В архиве из оригинала от 17.10.2015.
  4. ^ Райан, Джули (5 января 2012 г.). «Ионизирующее излучение: хорошее, плохое и уродливое». Журнал следственной дерматологии. 132 (3 0 2): 985–993. Дои:10.1038 / jid.2011.411. ЧВК  3779131. PMID  22217743.
  5. ^ Один кг воды на квадратный сантиметр - это 10 метров воды. В архиве 2016-01-01 в Wayback Machine
  6. ^ "Бета-распад". Lbl.gov. 9 августа 2000 г. Архивировано с оригинал 3 марта 2016 г.. Получено 10 апреля 2014.
  7. ^ Вклад ионов высоких зарядов и энергии (HZE) во время солнечного события 29 сентября 1989 г. Kim, Myung-Hee Y .; Уилсон, Джон В .; Cucinotta, Francis A .; Simonsen, Lisa C .; Этвелл, Уильям; Бадави, Фрэнсис Ф .; Миллер, Джек, Космический центр имени Джонсона НАСА; Исследовательский центр Лэнгли, май 1999 г.
  8. ^ Европейский центр технологической безопасности. «Взаимодействие излучения с веществом» (PDF). Радиационная опасность. Архивировано из оригинал (PDF) 12 мая 2013 г.. Получено 5 ноября 2012.
  9. ^ Фейнман, Ричард; Роберт Лейтон; Мэтью Сэндс (1963). Лекции Фейнмана по физике, том 1. США: Аддисон-Уэсли. стр.2–5. ISBN  978-0-201-02116-5.
  10. ^ L'Annunziata, Майкл; Мохаммад Барадеи (2003). Справочник по радиоактивному анализу. Академическая пресса. п. 58. ISBN  978-0-12-436603-9.
  11. ^ Grupen, Клаус; Г. Коуэн; С. Д. Эйдельман; Т. Стро (2005). Физика астрономических частиц. Springer. п. 109. ISBN  978-3-540-25312-9.
  12. ^ Чарльз Ходжман, изд. (1961). CRC Справочник по химии и физике, 44-е изд.. США: Chemical Rubber Co., стр. 2850.
  13. ^ Роберт Ф. Кливленд-младший; Джерри Л. Улчек (август 1999 г.). «Вопросы и ответы о биологических эффектах и ​​потенциальных опасностях радиочастотных электромагнитных полей» (PDF) (4-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: OET (Управление инженерии и технологий) Федеральная комиссия по связи. В архиве (PDF) с оригинала на 2011-10-20. Получено 2011-12-07.
  14. ^ Джим Кларк (2000). «Энергия ионизации». В архиве из оригинала от 26.11.2011. Получено 2011-12-07.
  15. ^ «Ионизирующее и неионизирующее излучение». Радиационная защита. EPA. 2014-07-16. Архивировано из оригинал на 2015-02-12. Получено 2015-01-09.
  16. ^ «Фундаментальные величины и единицы ионизирующего излучения (Отчет 85 ICRU)». Журнал ICRU. 11 (1). 2011. В архиве из оригинала от 20.04.2012.
  17. ^ Хао Пэн. «Газонаполненные детекторы» (PDF). Конспект лекций для MED PHYS 4R06 / 6R03 - Радиационная и радиоизотопная методология. Университет Макмастера, факультет медицинской физики и радиационных наук. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-06-17.
  18. ^ Либель Ф, Каур С, Руволо Э, Коллиас Н, Саутхолл, Мэриленд (2012). «Облучение кожи видимым светом индуцирует активные формы кислорода и ферменты, разрушающие матрикс». J. Invest. Дерматол. 132 (7): 1901–1907. Дои:10.1038 / jid.2011.476. PMID  22318388.
  19. ^ W.-M. Яо; и другие. (2007). "Таблица сводных данных по группе частиц по барионам" (PDF). J. Phys. грамм. 33 (1). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-10. Получено 2012-08-16.
  20. ^ МКРЗ 2007, пункт 55.
  21. ^ Huether, Sue E .; Маккэнс, Кэтрин Л. (22 января 2016 г.). Понимание патофизиологии (6-е изд.). Сент-Луис, Миссури: Эльзевир. п. 530. ISBN  9780323354097. OCLC  740632205.
  22. ^ а б «Хронический миелоидный лейкоз (ХМЛ)». Общество лейкемии и лимфомы. 2015-02-26. Получено 22 сентября 2019.
  23. ^ а б «Хронический миелогенный лейкоз (ХМЛ). Хронический миелогенный лейкоз (ХМЛ)». Медлайн Плюс Медицинская энциклопедия. Национальная медицинская библиотека США. Получено 22 сентября 2019.
  24. ^ а б c МКРЗ 2007.
  25. ^ Льюис, Леон; Каплан, Пол Э (1 января 1950 г.). «Обувной флюороскоп как радиационная опасность». Калифорнийская медицина. 72 (1): 26–30 [27]. ЧВК  1520288. PMID  15408494.
  26. ^ Научный комитет ООН по действию атомной радиации (2000). «Приложение B». Источники и эффекты ионизирующего излучения. т. 1. Организация Объединенных Наций. п. 121. Архивировано с оригинал 4 августа 2012 г.. Получено 11 ноября 2012.
  27. ^ Mortazavi, S.M.J .; П.А. Карамб (2005). «Очевидное отсутствие радиационной восприимчивости среди жителей зоны с высоким радиационным фоном в Рамсарской области, Иран: можем ли мы снизить наши стандарты?». Радиоактивность в окружающей среде. 7: 1141–1147. Дои:10.1016 / S1569-4860 (04) 07140-2. ISBN  9780080441375. ISSN  1569-4860.
  28. ^ Сохраби, Мехди; Бабапуран, Можган (2005). «Новая оценка доз для населения от внутреннего и внешнего облучения в районах естественной радиации с низким и повышенным уровнем излучения Рамсарской конвенции, Иран». Материалы 6-й Международной конференции по высоким уровням естественной радиации и радоновых территорий. 1276: 169–174. Дои:10.1016 / j.ics.2004.11.102.
  29. ^ "Риск для здоровья". Радон. EPA. Архивировано из оригинал на 2008-10-20. Получено 2012-03-05.
  30. ^ Кампхаузен KA, Лоуренс RC. «Принципы лучевой терапии» В архиве 2009-05-15 на Wayback Machine in Pazdur R, Wagman LD, Camphausen KA, Hoskins WJ (ред.) Лечение рака: мультидисциплинарный подход В архиве 2013-10-04 в Wayback Machine. 11 изд. 2008 г.
  31. ^ Паттисон Дж. Э., Бахманн Диджей, Беддо А. Х. (1996). «Гамма-дозиметрия на поверхности цилиндрических контейнеров». Журнал радиологической защиты. 16 (4): 249–261. Bibcode:1996JRP .... 16..249P. Дои:10.1088/0952-4746/16/4/004.
  32. ^ Паттисон, Дж. Э. (1999). «Пальцевые дозы, полученные во время инъекций Самария-153». Физика здоровья. 77 (5): 530–5. Дои:10.1097/00004032-199911000-00006. PMID  10524506.
  33. ^ «Супервспышки могут убить незащищенных космонавтов». Новый ученый. 21 марта 2005 г. В архиве из оригинала 27 марта 2015 г.
  34. ^ «Эффективная доза». НАИРАС (Прогноз системы атмосферного ионизирующего излучения). В архиве из оригинала от 05.03.2016.
  35. ^ а б c d е ж грамм час Джеффри Р. Дэвис; Роберт Джонсон; Ян Штепанек (2008). Основы аэрокосмической медицины. С. 221–230. ISBN  9780781774666 - через Google Книги.
  36. ^ а б «Запущен новый символ, чтобы предупредить общественность о радиационной опасности». Международное агентство по атомной энергии. 15 февраля 2007 г. В архиве из оригинала от 17.02.2007.

Литература

внешняя ссылка