Jonizuojanti spinduliuotė ir radioaktyvumas

Turinys
Įvadas..............................3
Atomas – jonizuojančios spinduliuotės ir radioaktyvumo šaltinis.....4
Radioaktyvūs spinduliai...........................5
Radiacijos dozė ir jos matavimo vienetai.................7
Literatūra..............................11Įvadas
Niekas neabejoja, kad jonizuojantieji spinduliai žalingai veikia visus gyvus organizmus, nors populiariojoje ir mokslinėje literatūroje kartais pasirodo publikacijų, kuriose įrodinėjamas nedidelių apšvitos dozių galimas naudingumas sveikatai. Šis faktas gali pasirodyti kvailas ir juokingas. Tačiau radiacinės saugos istorija, gyvuojanti jau antrą šimtmetį, yra lygiai tokia pat dramatiška ir kupina prieštaringų faktų kaip ir bet kuri kita istorija.
Jonizuojančiųjų spindulių išskirtinė savybė yra ta, kad jie jonizuoja medžiagą, t.y. sąveikaudami su meedžiagos atomais, išmuša iš jų vieną ar kelis elektronus. Atomas, tapęs jonu, turinčiu elektrinį krūvį, pradeda „elgtis” visiškai kitaip. Tokio „elgesio” rezultatas ir yra tai, kas vadinama jonizuojančiųjų spindulių poveikiu. Visi žmonės yra girdėję apie spindulinę ligą, jonizuojančiojo spinduliavimo sukeltą piktybinę ligą – vėžį ar genetinius pokyčius. Tačiau yra tokių jonizuojančiųjų spindulių sukeltų sveikatos sutrikimų, kuriuos gali sukelti ir kiti veiksniai, beje, dažnai ne visiškai žinomi.

Atomas – jonizuojančios spinduliuotės ir
radioaktyvumo šaltinis
Elektromagnetinė spinduliuotė pagal tai ar sukelia medžiagoje jonizaciją, ar ne, yra skkirstoma į nejonizuojančiąją ir jonizuojančiąją.
Nejonizuojančioji spinduliuotė yra elektromagnetinė spinduliuotė, kurios metu atomai arba molekulės neskyla, todėl nesukuriami ir jonai. Nejonizuojanti spinduliuotė skirstoma į optinę spinduliuotę ir radijo dažnių spinduliuotę.
Optinė spinduliuotė skirstoma į regimąją šviesą, ultravioletinius spindulius ir infraraudonuosius spindulius. Radijo dažnių sp

pinduliai skirstomi į mikrobangas, radijo bangas ir žemo dažnio elektromagnetinius laukus. Didžioji dalis visų šių spinduliuočių rūšių yra sukuriamos dirbtiniu būdu.
Jonizuojančioji spinduliuotė – tai spinduliuotė, kuri jonizuoja aplinką, t.y. iš atomų ir molekulių sukuria teigiamas ir neigiamas daleles, vadinamas jonais. Jonizuojančiąją spinduliuotę sudaro alfa (a) ir beta (b) dalelės, gama (g) ir rentgeno spinduliai, neutronai, kosminiai spinduliai.
Jonizuojančioji spinduliuotė gali būti skirstoma į:
1. Elektromagnetinę spinduliuotę – elektromagnetines bangas – (rentgeno ir gama spinduliuotė). Rentgeno ir gama spinduliuotė yra tos pačios rūšies, tačiau skirtingos kilmės. Rentgeno spinduliuotė sukuriama dirbtinai elektros energijos pagalba rentgeno aparate, o gama spinduliuotė atsiranda iš radioaktyviųjų medžiagų atomų branduolių.

2. Dalelių spinduliuotę, t.y. atomo branduolių dalelių srautą (alfa, beta arba neutroninė spinduliuotė).
Jonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniai gali būti gamtiniai ir dirbtiniai. Šių šaltinių skleidžiamos spinduliuotės apytikslis prrocentinis pasiskirstymas pateiktas 1 paveiksle.

1 pav. Jonizuojančiosios spinduliuotės šaltiniai
Gamtiniai: Žemės uolienos, augalai, gyvūnai, anglis, žmogaus organizmas, kosminiai spinduliai ir pan. Žemės spinduliuotė labai skiriasi ir priklauso nuo vietovės. Vienas Lietuvos gyventojas vidutiniškai per metus gauna 0,5 mSv apšvitos dozę, dėl grunto spinduliuotės. Netgi geriamojo vandens sudėtyje gali būti radioaktyviųjų medžiagų, visų pirma radono, todėl vandenį iš gręžinių būtina kontroliuoti.
Dirbtiniai: pramonės objektai, pastatai, įvairūs elektromagnetiniai laukai, buitiniai prietaisai, medicininiai įrenginiai, ginkluotės bandymai ir t.t.
Jonizuojančioji spinduliuotė sąveikaudama su medžiaga (jos elektronais ir br
randuoliais):
netenka energijos;
2. jonizuoja medžiagų molekules (ypač stipriai jonizuoja dujas);
3. biologiškai veikia ląsteles;
4. pasižymi skvarbumu.
Jonizuojančioji spinduliuotė veikia žmogaus organizmą jonizuodama audinių molekules ir atomus. Dėl to nutrūksta molekuliniai ryšiai ir pakinta junginių cheminė struktūra. Toks jonizuojančios spinduliuotės poveikis vadinamas tiesioginiu arba pirminiu. Jo pasekoje po kelių valandų žmogų pradeda pykinti, jis pasidaro vangus, svaigsta galva, padažnėja. pulsas, kartais 0,5¸1,50C pakyla temperatūra, kraujyje padidėja leukocitų. Jonizuojančioji spinduliuotė sukelia ir genetinius pakitimus, .t.y. jos poveikio rezultatai gali būti perduodami vaikams, anūkams, proanūkems.

Radioaktyvumas – tai kai kurių nestabilių branduolių savybė spontaniškai (savaime) skilti į kitų elementų branduolius ir sukelti radiaciją (spinduliuotę). Šis vyksmas dar žinomas kaip radioaktyvusis skilimas.
Radioaktyviųjų elementų spinduliuotė būna trijų rūšių : alfa dalelių srautas(¯) (alfa spinduliai), beta dalelių srautas(¯) (beta spinduliai) ir gama spinduliai(¯). Taip pat mažai radioaktyvūs yra rentgeno spinduliai(¯), kurių didelė dozė taip pat gali sukelti spindulinę ligą, ir pakenkti žmogaus organizmui. Radioaktyvūs spinduliai
Radioaktyviųjų elementų išspinduliuotos dalelės, skriedamos per medžiagas, sąveikauja su jų atomų branduoliais bei elektronais ir netenka energijos, tuo pačiu dalelių skvarbumas mažėja.
Branduolių išspinduliuotų alfa dalelių greitis siekia keliolika tūkstančių kilometrų per sekundę; tai atitinka kelių MeV energiją. Skriedamos medžiagoje, alfa dalelės paprastai eikvoja savo energiją medžiagos atomams jonizuoti bei sužadinti. Kai alfa dalelės greitis sumažėja iki molekulių šiluminio judėjimo greičio, ji pr

risijungia du elektronus ir virsta helio atomu. Alfa dalelių trajektorijos yra tiesės (išskyrus retus atvejus, kai dalelė susiduria su branduoliu). Nuskrietas kelias medžiagoje priklauso nuo spinduliuojančio izotopo ir nuo medžiagos tankio. Pavyzdžiui, normalaus tankio ore alfa dalelių siekis vidutiniškai yra apie 3 – 8 cm, aliuminyje – apie 0,06 mm, biologiniame audinyje – apie 0,1 mm. Iš šių pavyzdžių matyti, kad alfa dalelių skvarbumas nedidelis. Tačiau, patekus radioaktyvioms dulkelėms tiesiog organizmą (su įkvėptu oru ir maistu), alfa spinduliuotė gali smarkiai biologiškai paveikti.
Beta dalelių energija yra įvairi, o jų greitis artimas šviesos greičiui. Skriedamos per medžiagą, beta dalelės, taip pat kaip ir alfa dalelės, eikvoja energiją atomams jonizuoti ir sužadinti. Tačiau beta dalelių jonizacijos stabdymo geba yra šimtus kartų mažesnė už alfa dalelių, nes jų krūvis du kartus mažesnis, o greitis labai didelis. Taigi beta dalelių siekis medžiagoje turėtų būti šimtus kartų didesnis už alfa dalelių siekį. Tačiau taip nėra. Beta dalelės masė, palyginus su atomo mase, yra labai maža, todėl, susidūrusi su atomais, ši dalelė nukrypsta įvairiomis kryptimis (išsklaidoma). Dėl šios priežasties beta dalelės trajektorija yra netaisyklinga kreivė. Vadinasi, vienodos energijos beta dalelės medžiagoje nuskrieja, tokį pat kelią, tačiau jų įsiskverbimo gylis yra skirtingas. Beta dalelių įsiskverbimo gylis nustatomas tyrimais, pavyzdžiui, ore jis siekia keletą metrų, o
vandenyje ar biologiniame audinyje – keletą milimetrų.
Panašiai skrieja medžiagose ir pozitronai, tik jų gyvavimo trukmė labai trumpa: pozitronas greitai sąveikauja su neigiamu elektronu ir įvyksta jų anihiliacija – vietoj pozitrono ir elektrono atsiranda du g fotonai Dviejų sąveikaujančių elektronų (e- ir e+) ramybės masė atitinka 1,02 MeV energiją, ir ši energija išspinduliuojama dviem g fotonais, kurių kiekvieno energija po 0,51 MeV. Gama spindulių sąveika su medžiagos atomais yra sudėtingesnė ir jos pobūdis priklauso nuo g fotonų energijos.
Sąveikaujant g spinduliuotei su medžiaga galimi tokie vyksmai:

1. Koherentinė (nepasikeičia bangos ilgis) sklaida kvantams, kurių energija mažesnė už jonizacijos energiją (hn Ej , hn = hn’ + Ej + Ek ). g fotonas, sąveikaudamas su elektronu, perduoda jam dalį savo energijos, o pats skrieja toliau, turėdamas mažesnę energiją, (gavę energijos, Komptono elektronai sukelia medžiagoje tuos pačius reiškinius kaip ir beta spinduliai).

3. Fotoefektas – atomas sugeria gama spinduliuotę, iš atomo išlekia elektronas, o pats atomas jonizuojasi (fotojonizacija). g fotonas atiduoda atomo elektronui visą savo energiją ir nustoja egzistavęs. Išmuštasis fotoelektronas jonizuoja arba sužadina medžiagos atomus, veikia biologiškai ir chemiškai.
Fotoefekto lygtis hn = A + mv2/2, čia A – elektrono išėjimo iš medžiagos darbas.
Fotoefekto raudonoji riba lr = hc/A.

4. Elektrono – pozitrono poros susidarymas. Šiuo procesu iš vieno fotono, skriejančio arti atomo branduolio, susikuria elektrono ir pozitrono pora. Tai atvirkščias anihiliacijai procesas. Šiuo atveju galioja Einšteino energijos ir masės ryšio lygtis E = mc2. Elektrono pozitrono ramybės masę atitinka 1,02 MeV energija.

5. Foto branduolinės reakcijos, kurios atsiranda didelių energijų .(>10 MeV) gama fotonams sąveikaujant su atomų branduoliais.

g spindulių skvarbumas yra didelis. g spindulių sugertis yra susijusi su medžiagos atomų jonizacija. Tačiau g spinduliai tiesiogiai jonizacijos nesukelia. Ją sukelia g fotonų sukurti elektronai (įgavę energijos fotoelektronai, Komptono elektronai, elektrono ir pozitrono poros).
g Spinduliuotės silpnėjimas vyksta pagal eksponentinį dėsnį:
I = I0e-mx ;
čia: m – ilginis silp(nin)imo koeficientas (priklauso nuo medžiagos tankio),

x – audinio ilgis.
Koeficientas susideda iš atitinkančių atskirus vyksmus dedamųjų: m = me-p +mkom + mfot . Dažnai naudojamas nepriklausantis nuo medžiagos tankio masinis silp(nin)imo koeficientas: m/r, čia r – tūrinis medžiagos tankis.Radiacijos dozė ir jos matavimo vienetai
Praeidama pro medžiagą jonizuojančioji spinduliuotė jonizuoja medžiagos atomus, prarasdama dalį savo energijos. Jonizacijos laipsnis ir energijos kiekis, kurį sugeria medžiaga, parodo jonizuojančiosios spinduliuotės ir medžiagos sąveiką. Kiekybiniams šios sąveikos charakteristikoms išreikšti nustatytos apšvitos dozės.
Sugertoji (absorbuotoji) apšvitos dozė (D) apibūdina bet kurios spinduliuotės poveikį ir parodo švitinamo kūno sugertos energijos kiekį tenkantį masės vienetui. SI sistemoje sugertosios apšvitos dozės vienetas yra grėjus (Gy). 1 Grėjus prilygsta vienam džauliui, sugertam vieno medžiagos kilogramo:

, Gy ;
čia: – vidutinė perduotoji energija, J;

– švitinamos medžiagos masė, kg.
Jonizuojančiosios spinduliuotės poveikis žmogaus organizmui priklauso nuo sugertosios apšvitos dozės. Apšvita gali būti dvejopa:
išorinė, kai radionuklidai, esantys ore arba nusėdę ant įvairių paviršių, veikia žmogų iš išorės;
vidinė, kai radioaktyviosios medžiagos patenka į žmogaus organizmą su maistu, kvėpuojant arba tiesiog per kūno odą.
Išorinę jonizuojančiosios spinduliuotės dozę galima nesunkiai išmatuoti tam tikrais prietaisais – dozimetrais. Vidinės apšvitos dozei įvertinti dažniausiai naudojami skaičiavimo metodai. Tačiau norint juos taikyti būtina žinoti radioizotopų sklidimo žmogaus organizme dėsningumus. Prietaisų, skirtų tiesioginiams vidinės apšvitos matavimams atlikti, yra, bet jie labai sudėtingi ir brangus.
Alfa ir beta dalelės, kurios nėra tokios kenksmingos vertinant išorinės sugertosios dozės dydį, yra ypač pavojingos vidinės apšvitos atveju.
Lygiavertė apšvitos dozė – tai sugertoji dozė, pakoreguota atsižvelgiant į jonizuojančiosios spinduliuotės biologinio poveikio ypatumus. Esant tai pačiai sugertajai dozei skirtingos spinduliuotės biologinis poveikis nevienodas. Lygiavertė dozė yra lygi sugertajai dozei, padaugintai iš svorinio daugiklio.
SI sistemoje lygiavertės apšvitos dozės vienetas yra sivertas (Sv).

, Sv ;
čia: – svorinis jonizuojančiosios spinduliuotės daugiklis;

– vidutinė sugertoji dozė audinyje arba organe, apšvitintame spinduliuote, Gy.
Svorinis jonizuojančiosios spinduliuotės daugiklis įvertina kiekvienos jonizuojančiosios spinduliuotės jonizuojančiąją galią.
Svorinis jonizuojančiosios spinduliuotės daugiklis lygus: § neutronams, kurių energija 100 keV¸2MeV (keV=103 eV (elektronVoltai)) ir dalelėms – 20; § spinduliams, dalelėms – 1; § neutronams, kurių energija < 10 keV ar > 20MeV ir protonams – 5; § neutronams, kurių energija 10 keV¸100 keV ir nuo 2 MeV¸20MeV – 10.

Vidutinė dozė žmogaus organe ar audinyje (Gy) skaičiuojama pagal tokią formulę:

, Gy,
čia: – audinio ar organo masė, kg;

– sugertoji dozė masės elemente dm, Gy.
Efektinė apšvitos dozė įvertina jonizuojančiosios spinduliuotės poveikį įvairioms žmogaus kūno dalims. Efektinė dozė lygi lygiavertei dozei padaugintai iš svorinio audinių jautrio jonizuojančiajai spinduliuotei daugiklio . Skirtingoms kūno dalims šie daugikliai skirtingi. Pvz. lyties liaukoms – 0,20, plaučiams, kaulų čiulpams, skrandžiui – 0,12, krūtims, skydliaukei ir kepenims – 0,05 ir t.t
Efektinė dozė (Sv) skaičiuojama pagal formulę:

, Sv ;
čia: – svorinis audinių jautrio daugiklis;

– lygiavertė dozė audinyje ar organe, Sv.
Ekspozicinė apšvitos dozė apibūdina gama ir rentgeno spindulių jonizacijos efektą ore.
Šios dozės matavimo vienetai:
SI sistemoje – kulonas kilogramui (C/kg). Tai tokia ekspozicinė dozė, kai viename oro kilograme visi elektronai ir pozitronai sukuria vieno kulono krūvį turinčius jonus;
nesisteminis rentgenas (R). Tai toks gama arba rentgeno spinduliavimas, kuris 1 cm3 sauso oro sukuria maždaug 2 milijardus jonų porų: C/kg.
Prognozuojamoji dozė – dozė, kurią gaus žmogus tuo atveju, jeigu laiku nebus imtasi radiacinės apsaugos arba priešsvarinių priemonių;
Išvengtoji dozė – dozės sumažėjimas dėl apsaugojamųjų veiksmų. Išvengtoji dozė lygi numatomosios dozės ir dozės, kuri bus gaut.a naudojant apsaugines priemones, skirtumui. Ši dozė vartojama optimizuojant apsauginių priemonių naudojimą;

1 lentelėje pateikta jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinio aktyvumo, ekspozicinės, sugertosios ir lygiavertės dozių matavimo vienetai.

1 lentelė. Jonizuojančiosios spinduliuotės šaltinio aktyvumo, ekspozicinės, sugertosios ir lygiavertės dozių matavimo vienetai

Šaltinis Laukas Dozė

gyvieji ir negyvieji objektai gyvieji organizmai

aktyvumas (radioaktyvumas) ekspozicinė dozė sugertoji dozė lygiavertė dozė
naujieji vienetai (sisteminis vienetas) bekerelis (Bq) kulonas kilogramui (C/×kg) grėjus (Gy) sivertas (Sv)
senieji vienetai kiuris (Ci) Rentgenas (R) radas (rad) remas (rem)

1 Bq=1s-1=2,7×10-11 Ci 1 Ci=3,7×1010 Bq 1 R=2,56×10-4 C×kg-1 1 Gy=100 rad 1 Sv=100 rem

Remiantis radiacinės saugos įstatymai, normos ir taisyklės yra nustatyti rekomenduojami maksimalūs leistini dozių lygiai. Šie lygiai, priėmus tam tikrus valstybinius standartus ir normas, tampa privalomi. Pažeidimų atvejais turi būti imamasi reikiamų priemonių: ištiriamos ir pašalinamos priežastys, dėl kurių įvyko pažeidimai, patikrinama asmenų, gavusių didelę apšvitą, sveikata. Tačiau tai nereiškia, kad visos dozės, ne didesnės už ribines, yra priimtinos. Kadangi teoriškai ir vienas jonizuojančiosios spinduliuotės kvantas gali sukelti neigiamų padarinių, turi būti stengiamasi apšvitos dozes kuo protingiau mažinti. Apie tai turi galvoti visi jonizuojančiosios spinduliuotės naudotojai.Literatūra
M. Milašauskas ir kiti ,,Civilinės saugos pagrindai’’ Vilnius 1996m,344pus.

P.Čyras, R.Dubonis ir kiti ,,Civilinė sauga, mokomoji knyga” Vilnius, ,,Technika”, 2003m.

T. Nedvedeckaitė ,,Radiacinė sauga Lietuvoje” Vilnius, 2005m.

www.rsc.lt.

Leave a Comment