Ю.А. Александров
Основы радиационной экологии
Учебное пособие. – Йошкар-Ола: Мар. гос. ун-т, 2007. – 268 с.
Раздел 1. Физические основы биологического действия ионизирующих излучений (ИИ)
1.3. Типы ядерных превращений. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществами. Виды ионизирующих излучений и их характеристика
1.3.5. Термоядерные реакции
Термоядерные реакции протекают при
температурах, достигающих нескольких миллионов градусов. В этих условиях ядра
легких элементов, двигаясь с большими кинетическими энергиями, будут сближаться
и объединяться в ядра более тяжелых элементов, например:
(17,57
МэВ).
На этом принципе
основано устройство термоядерных зарядов, состоящих из плутониевого запала,
служащего для создания высокой температуры, и смеси изотопов водорода – дейтерия
и трития.
π-мезоны –
отрицательно заряженные элементарные частицы, масса больше в 273 раза массы
электрона, энергия 25-100 Мэв, при взаимодействии с веществами вызывают
разрушение ядер с вылетом нейтронов, альфа-частиц, ионов лития, бериллия и др.
(микровзрыв ядер).
Скоростью
потери энергии определяется еще одно важное свойство ионизирующих излучений – проникающая
способность. Глубина проникновения ионизирующих излучений зависит, с одной
стороны, от состава и плотности облучаемого объекта, а с другой, – от природы и
свойств излучения. Чем больше величина линейной передачи энергии (ЛПЭ), тем
меньше проникающая способность излучения в данном веществе.
За меру
проникающей способности для ускоренных заряженных частиц принимают расстояние,
на котором частица замедляется до энергии, близкой к средней энергии теплового
движения. Для квантов рентгеновских и гамма-лучей за меру проникающей
способности принимают расстояние, на котором мощность излучения падает в е раз
(где е – основание натуральных логарифмов).
Излучения
с высокой проникающей способностью называют жесткими. Если же
проникающая способность мала, то такое излучение называют мягким. Однако
эти термины весьма относительны, так как, например, бета-излучение по сравнению
с альфа-частицами будет жестким, а по сравнению с гамма-лучами – мягким.
Все виды
ионизирующих излучений прямо или косвенно вызывают ионизацию или возбуждение
атомов вещества, и поэтому возникающие первичные изменения качественно не
зависят от вида излучения. Однако при облучении в равных дозах (то есть при
одном и том же количестве поглощенной единицей массы вещества энергии)
возникают количественно разные биологические эффекты, что связано с ЛПЭ. В зависимости от
величины ЛПЭ все ионизирующие излучения делят на редко- и плотноионизирующие.
К редкоионизирующим относятся все виды излучения, имеющие ЛПЭ менее 10
кэВ/мкм. Это в основном электроны, а также гамма- и рентгеновские лучи,
ионизирующее действие которых также осуществляется электронами. К
плотноионизирующим (ЛПЭ > 10 кэВ/мкм) относят протоны, α-частицы и
другие тяжелые частицы, а также нейтроны, биологическое действие которых
реализуется за счет вторичных ускоренных заряженных частиц. Редкоионизирующие виды излучений отличаются сравнительно
высокой проникающей способностью, а плотноионизирующие (за исключением
нейтронов) проникают в ткани на небольшую глубину. Так, альфа-частицы обладают очень низкой проникающей
способностью. Даже в воздухе их пробег равен нескольким сантиметрам, а более
плотные вещества (например, ткань или бумага) непроницаемы для альфа-частиц при
толщине в доли миллиметра. Поток альфа-частиц, падающий на тело человека, из-за
малой проникающей способности целиком поглощается в верхних слоях кожи.
Вследствие этого альфа-излучение при внешнем радиационном воздействии
совершенно безопасно для человека. Однако, если альфа-активный изотоп попадет с
пищей, водой или воздухом внутрь организма, то опасность будет весьма велика,
так как испускаемые изотопом внутри тканей альфа-частицы вызовут очень сильную
ионизацию атомов и молекул, а следовательно, сильное повреждение биологических
субстратов, в которых непосредственно поглощается энергия.
Проникающая
способность бета-частиц примерно в сто раз больше, чем альфа-частиц. В воздухе
они проходят несколько метров, в твердых средах – несколько миллиметров. В
связи с этим бета-частицы представляют определенную опасность для жизни и
здоровья людей не только при попадании внутрь организма, но и при аппликации на
кожные покровы и слизистые оболочки, вследствие чего могут развиться серьезные
местные лучевые поражения.
Проникающая способность
рентгеновских лучей и гамма-квантов очень велика. Они глубоко проникают даже в
плотные среды, а тело человека «пронизывают» насквозь. Например, гамма-кванты с
высокой энергией могут проходить через слой земли или бетона толщиной в
несколько метров. Весьма велика проникающая способность, сравнимая с
проникающей способностью гамма-лучей, у нейтронов. Излучения с высокой
проникающей способностью представляют опасность для человека при внешнем
облучении.
|