Підручник Фізика 9 клас з поглибленим вивченням - Т М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 4 ФІЗИКА АТОМА ТА АТОМНОГО ЯДРА. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ АТОМНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ

§ 42. РАДІАЦІЙНИЙ ФОН. ДОЗИМЕТРІЯ

Ви дізнаєтесь

- Які існують джерела радіації

- Як вимірюють радіацію

Пригадайте

- Особливості йонізаційної дії радіоактивних випромінювань

Природні й штучні джерела радіації. Як ми з’ясували, радіація дійсно небезпечна: у великих дозах вона призводить до ураження живих клітин і тканин, а в малих — спричинює ракові захворювання і сприяє генним модифікаціям організмів. Про шкідливий вплив радіації було відомо давно, але особливого загострення ця проблема набула з розвитком атомної енергетики, аваріями на атомних електростанціях, випробуваннями ядерної зброї. Проте найбільшу небезпеку для людини становить не атомна енергетика, а продукти розпаду радону, що накопичуються в приміщеннях, використання радіації в медицині та природна радіація (мал. 218). Негативні наслідки розвитку атомної енергетики — це найменша частка в загальному радіаційному фоні. Істотну частину опромінення живі організми отримують від природних джерел радіації (космічні промені й радіоактивні речовини, що містяться в земній корі), від застосування рентгенівських променів у медицині, під час польоту в літаку, від продуктів згорання кам’яного вугілля тощо.

Мал. 218. Діаграма розподілу джерел радіації

Природна радіоактивність існує мільярди років і супроводжує людину скрізь. Радіоактивні матеріали увійшли до складу Землі від її народження. Будь-яка людина також радіоактивна: у тканинах людського тіла містяться радіоактивні ізотопи калій-40 і рубідій-87, причому позбутися їх неможливо. Урахуємо, що сучасна людина до 80 % часу проводить у приміщеннях — удома або на роботі, де й отримує основну дозу радіації від будівельних матеріалів, які містять природні радіоактивні ізотопи.

Найнебезпечнішими для людини, з точки зору радіоактивного опромінення, є радон і продукти його розпаду. Основним джерелом цього радіоактивного інертного газу є земна кора. Проникаючи через тріщини у фундаменті, підлозі й стінах, радон затримується в приміщеннях. Ще одним джерелом радону є будівельні матеріали (бетон, цегла та ін.), що містять природні радіонукліди, які є джерелами радону. Радон може надходити в будинки й з водою (особливо якщо вона подається з артезіанських свердловин), при спалюванні природного газу тощо. Радон у 7,5 раза важчий за повітря. Як наслідок, концентрація радону у верхніх поверхах багатоповерхових будинків зазвичай нижча, ніж на першому поверсі. Основну частину дози опромінення від радону людина отримує, перебуваючи в закритому, не провітрюваному приміщенні. Отже, регулярне провітрювання може знизити концентрацію радону в приміщенні в декілька разів. За підвищеної концентрації радону і продуктів його розпаду для людини багаторазово зростає ризик захворювання на рак легенів.

Техногенна радіоактивність виникає внаслідок господарської діяльності людини, у процесі якої відбувається перерозподіл і концентрація природних радіонуклідів, що призводить до помітних змін природного радіаційного фону. До таких видів господарської діяльності людини належать: добування і спалювання кам’яного вугілля, нафти й газу; використання фосфатних добрив; видобуток і переробка руд. Під час використання такого виду транспорту, як цивільна авіація, організм людини зазнає підвищеної дії космічного випромінювання. Впливають на дозу радіоактивного опромінення й випробування ядерної зброї, підприємства атомної енергетики та промисловості.

Дозиметрія. У результаті взаємодії випромінювання з біологічним середовищем живому організму передається певна кількість енергії. Отже, для того щоб визначити поглинену дозу радіаційного опромінення, треба виміряти енергію, яку поглинув відповідний об’єкт.

Дозу опромінення можна отримати від будь-якого радіонукліда або від їх сукупності. Вплив радіонуклідів на організм не залежить від того, де вони перебувають: поза організмом або всередині нього. В організм людини радіонукліди можуть потрапити разом з їжею, водою або повітрям. Доза опромінення розраховується залежно від того, який розмір опроміненої ділянки тіла й де вона розташована, одна людина чи група людей піддалася опромінюванню й протягом якого часу це відбувалося. Тому для вимірювання й порівняння радіаційного впливу використовують багато фізичних величин й існує відповідна галузь наукових досліджень, яку називають дозиметрія.

Поглинена доза опромінення — це відношення поглиненої енергії йонізувального випромінювання до маси речовини, яка опромінюється: D = .

Одиницею поглиненої дози у СІ є 1 Грей = 1.

1 Гр дорівнює поглиненій дозі випромінювання, за якої опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія йонізувального випромінювання 1 Дж.

Використовують також і позасистемну одиницю 1 рад (rad — за першими літерами англійського словосполучення radiation absorbed dose — поглинена доза випромінювання).

1 рад — це доза, за якої опроміненій речовині масою 1 кг передається енергія 10-2 Дж.

Доза опромінення є величиною, що використовується для оцінки дії йонізувального випромінювання на будь-які речовини, тканини й живі організми. Вона накопичується в речовині, а ураження від опромінення залежить від величини дози та від часу її накопичення.

Розрізняють також експозиційну й еквівалентну дози.

Експозиційна доза опромінення характеризує йонізаційний вплив рентгенівського й гамма-випромінювань на повітря.

У системі СІ експозиційна доза вимірюється в кулонах на кілограм () — це випромінювання, за якого в кожному кілограмі повітря утворюються йони із загальним зарядом, що дорівнює 1 кулону. Експозиційну дозу опромінення вимірюють несистемною одиницею — рентгеном (Р). Один рентген — це доза рентгенівського або гамма-випромінювання, яка в 1 см3 сухого повітря за температури 0 °С і тиску 760 мм рт. ст. створює 2 млрд пар йонів (а точніше 2 · 2,08 · 109 йонів). На практиці застосовують менші одиниці: мілірентген (1 мР = 10-3 Р) і мікрорентген (1 мкР = 10-6 Р). Співвідношення системної й позасистемної одиниць:

1 = 3876 Р; 1 Р = 2,58 · 10-4.

Експозиційна доза опромінення визначає кількість енергії (дозу), яку одержує об’єкт, але не враховує час, за який вона поглинена. Вивчення окремих наслідків опромінення живих тканин показало, що при однакових поглинених дозах різні види радіації чинять неоднакову біологічну дію на організм. За однакової поглиненої дози негативний радіобіологічний ефект буде більшим, за умови щільнішого потоку йонізаційного випромінювання. Для врахування цього ефекту введено поняття еквівалентної дози.

Еквівалентна доза опромінення — це міра біологічного впливу йонізувального випромінювання на живий організм.

Одиницею вимірювання еквівалентної дози в СІ є Зіверт (Зв).

1 зіверт — це кількість енергії, поглиненої кілограмом біологічної речовини, що еквівалентна поглиненій дозі в 1 Грей. Одиниця названа на честь шведського вченого Рольфа Зіверта.

При опроміненні живих організмів, зокрема людини, виникають біологічні ефекти, які за однієї й тієї самої поглиненої дози різні для різних видів йонізувального випромінювання. Прийнято порівнювати біологічні ефекти, які зумовлюються будь-яким йонізувальним випромінюванням, з ефектом від рентгенівського й гамма-випромінювань. У процесі короткочасного опромінення людини доза в 20-50 Р призводить до змін у крові, доза в 100-250 Р спричинює променеву хворобу, а доза в 600 Р — смертельна. Природний фон радіації дорівнює річній дозі в 0,2 Р, максимальна допустима доза — 5 Р протягом року.

Для обліку біологічної ефективності йонізувального випромінювання використовується позасистемна одиниця поглиненої дози — біологічний еквівалент рентгена (бер).

1 бер — це доза будь-якого виду йонізувального випромінювання, яка створює в організмі такий самий біологічний ефект, як рентгенівське або гамма-випромінювання, експозиційна доза якого 1 Р. Доза опромінення виражається в берах тоді, коли необхідно оцінити загальний біологічний ефект незалежно від типу йонізувального випромінювання.

Співвідношення системної й позасистемної одиниць:

1 Зв = 100 бер, 1 бер = 0,01 Зв.

При повторному опроміненні людей необхідно враховувати залишкову дозу опромінення. Тобто частину дози опромінення, що отримана раніше, але не компенсована організмом до поточного моменту часу. Організм людини здатний компенсувати (відновлювати нормальний стан тканин організму) до 90 % наслідків радіаційного ураження. Відновлення починається через 4 доби після початку першого опромінення. Значення залишкової дози опромінення залежить від часу, що пройшов після опромінення.

Ефективна доза опромінення — величина, що використовується для визначення міри ризику наслідків опромінення тіла людини й окремих його органів і тканин з урахуванням їхньої радіочутливості. Вона являє собою суму значень еквівалентних доз опромінення окремих органів і тканин, помножених на відповідні вагові коефіцієнти.

Для оцінки дії опромінення за одиницю часу застосовують поняття потужність дози.

Потужність дози опромінення (інтенсивність опромінення) — це приріст відповідної дози під впливом цього випромінювання за одиницю часу.

Потужність дози опромінення має розмірність відповідної дози (поглиненої, експозиційної та ін.), що ділиться на одиницю часу. Допускається використання різних спеціальних одиниць (наприклад, , , та ін.).

Потужність експозиційної дози (рівень радіації) — це інтенсивність йонізуючого випромінювання, що поглинається за одиницю часу й характеризує швидкість накопичення дози.

Одиницею потужності поглиненої дози йонізувального випромінювання є , експозиційної дози — , еквівалентної дози — .

Дозиметри. Для дослідження радіаційного стану місцевості застосовують спеціальні прилади — дозиметри (мал. 219), які призначені для вимірювання потужності дози йонізувального випромінювання довкілля, що реєструється за певний проміжок часу. Дозиметри використовують для оцінки радіаційного забруднення місцевості, будівель і споруд, житлових і виробничих приміщень, транспортних засобів, будматеріалів, металобрухту, предметів побуту та ін.

Побутовий дозиметр-радіометр МКС-05 «ТЕРРА-П» вимірює дозу й потужність дози -випромінювання. Якщо потужність дози перевищує порогове значення, дозиметр сигналізує за допомогою світлодіода. Дозиметр-радіометр застосовують під час контролю радіаційних параметрів житлових будівель, приміщень, транспортних засобів, будматеріалів, підсобного господарства, а також для оцінки радіаційного забруднення ягід і грибів.

Радіометр РКС-01 «СТОРА» має більшу точність вимірювання -випромінювання, а також вимірює -випромінювання. Радіометр РКС-01 «СТОРА» використовують для екологічних досліджень довкілля, для здійснення радіометричного контролю на підприємствах, для контролю радіаційного стану жител, будівель і споруд, прилеглих до них територій, предметів побуту, одягу, транспорту, поверхні ґрунту на приватних подвір’ях.

Лічильник Гейгера слугує для підрахунку кількості радіоактивних частинок (в основному -частинок (електронів)). Це скляна трубка, заповнена газом (аргоном), з двома електродами всередині (катод й анод). -частинка, що пролітає через трубку, спричинює ударну йонізацію газу, яка супроводжується виникненням електричного струму.

Мал. 219. Дозиметри: а — побутовий дозиметр-радіометр МКС-05 «ТЕРРА-П»; б — радіометр РКС-01 «СТОРА»

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

1. Дайте визначення радіаційного фону.

2. Укажіть об’єкти дослідження дозиметрії.

3. Від яких характеристик залежить величина поглиненої дози випромінювання?

4. Що характеризує еквівалентна доза?



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити