Радиация

1.

Радиация. Основы
радиационной
безопасности

2.

Бетон
Алюминий
Бумага
Вода

3.

Радиоактивность — это способность некоторых ядер атомов
разрушаться, видоизменяться с испусканием атомных, субатомных
частиц, гамма-квантов.
Изотопы — ядра с разным числом нейтронов (и массой), но одним и
тем же числом протонов (значит, и химическими свойствами).
Радиация ионизирующее излучение — поток частиц/
электромагнитных волн, способных вызывать ионизацию вещества, то
есть отрыв электронов от атомов и образование ионов.
Атом гелия-4

4.

Альфа-излучение
Альфа (α) излучение – это отделение ядер гелия-4, альфа-частиц:
тяжелых, положительно заряженных. Альфа частицы излучаются при
распаде тяжёлых ядер, например, урана, радия, тория.
Излучается два протона и два нейтрона — ядро гелия-4,
A
Z
X → A-4Z-2Y + 42He;
Проникающая способность: низкая;
Длина пробега в воздухе: несколько сантиметров;
Скорость частиц: 20 000 км/с;
Биологическое действие: сильное.
Опасно при попадании внутрь организма с пищей, воздухом или при
контакте с кожей. Чаще всего альфа-излучатели химически токсичные.

5.

Бета-излучение
Бета (β) излучение – излучение электронов или позитронов, бетачастиц, возникающее при распаде нейтрона (β-) или протона (β+) в ядре.
Бета-распад характерен для ядер с избытком нейтронов (β-) или
недостатком нейтронов (β+).
Излучается электроны или позитроны (также антинейтрино/нейтрино),
A
Z
X → AZ+1Y + e- + ν,
A
Z
X → AZ-1Y + e+ + ν;
Проникающая способность: средняя;
Длина пробега в воздухе: десятки метров;
Скорость частиц: < 300 000 км/с;
Биологическое действие: среднее.
Большое количество бета-излучения образуется при ядерном взрыве и
во время работы ядерных реакторов. При облучении организма
поражает только поверхностные ткани, но опасно при попадании
радиоизотопов внутрь организма.

6.

Гамма-излучение
Гамма (γ) излучение – излучение энергичного электромагнитного
излучения (гамма-квантов, жёстких фотонов) при перестройках ядра,
обычно после других ядерных реакций.
Излучаются электромагнитные волны с очень короткой длиной волны
(с высокой энергией);
Проникающая способность: высокая;
Длина пробега в воздухе: до сотен метров;
Скорость распространения: 300 000 км/с;
Биологическое действие: слабое.
Гамма-лучи взаимодействуют с атомами с образованием быстрых
электронов, позитронов и рентгеновского излучения.

7.

Нейтронное излучение
Нейтронное излучение – это поток нейтронов, электрически
нейтральных составляющих ядра. Нейтроны излучаются при ядерном
делении, бомбардировке ядер энергичными электронами, гаммаквантами, протонами, и т.п.
Излучается нейтроны
Проникающая способность: высокая
Длина пробега: до сотен метров;
Биологическое действие радиации: высокое
Поток нейтронов образуется в результате работы ядерных ректоров,
взрывов ядерных боеприпасов. Нейтроны легко вызывают ядерные
реакции, превращая стабильные изотопы в нестабильные.

8.

Другие излучения
Рентгеновское излучение образуется при ядерных реакциях, при
работе ускорителей, широко используется в технике и медицине.
Пробег короче, чем у гамма-излучения, небольшой вред для живого.
Осколки ядер — радиоактивные быстрые ядра из середины таблицы
Менделеева, продукты деления урана, плутония и т. п. Очень короткий
пробег, очень опасно для живого, но только для покровов и при
попадании внутрь организма.
Мюоны — компонента космических лучей с очень большим пробегом,
средним вредом для живого.
Протоны излучаются в искусственных ядерных реакциях и в
ускорителях. Средний пробег, сильный вред для живого.
Нейтрино, мезоны, гипероны...

9.

Какие ядра нестабильные?
Много нейтронов → β--распад и α-распад
Мало нейтронов → β+-распад
Очень большая масса (>Pb) → деление
После ядерных превращений
ядро часто остаётся в
возбуждённом состоянии,
которое снимается излучением
гамма-квантов (иногда
электронов).
После ядерных превращений
часто происходит перестройка
электронов атома и излучаются
(Оже-)электроны и
рентгеновское
(характеристическое) излучение.
Ядра распадаются по закону
N = N0 2- t/T,
T — период полураспада
нестабильные,
но долгоживущие
изотопы
нестабильные
изотопы
стабильные
изотопы

10.

Бетон
Алюминий
Бумага
α
β
γ
Нейтрон
Вода

11.

Откуда радиация? Радиоизотопы
Основные радиоактивные изотопы на Земле: 238U, 235U, 232Th, 40K.
Они и их нестабильные продукты распада содержатся во многих
горных породах (и стройматериалах), а калий мы содержим!
Медицинские изотопы для позитронно-эмиссионной томографии,
радиометок, гамма-ножа и т.п.
Спектр гамма-квантов на детекторе из
сверхчистого германия из лаборатории НГУ

12.

Откуда радиация?
Космические лучи
Из космоса летят протоны, лёгкие ядра, фотоны, электроны…
В атмосфере происходят реакции → до земли долетают мюоны,
электроны, фотоны… (ливни)
Один полёт в самолёте (4 часа) ≈ 15 мкЗв ≈ 1/150 средней годовой дозы
Какие профессии самые радиационно-опасные?

13.

Единицы измерения
радиоактивности
Активность — число распадов в секунду
–
Беккерель (Бк) = 1 распад в секунду
–
Кюри (Ки) = 37 ГБк (миллиардов Бк)
Доза — энергия, поглощённая веществом
–
Поглощённая доза, грей (Гр) = 1 Дж/кг
–
Эквивалентная доза различает вид ионизирующего излучения и
вредный эффект для живого. Зиверт = 1 Гр × A × B = Дж/кг
–
A — коэффициент «уязвимости»
живого организма:
–
всё тело: 1
красный костный мозг,
толстый кишечник …: 0,12
кожа, мозг: 0.01
B — коэффициент «вредности»
излучения
фотоны,электроны: 1,
альфа-частицы, нейтроны, осколки: 20
Рольф Зиверт

14.

Биологическое действие
ионизирующего излучения
Ионизирующее излучение ионизирует → активно разрушает
химические связи. Страдают ДНК, белки, липиды.
Из разрушенных молекул образуются свободные радикалы и
пероксиды (в присутствии кислорода) → химическое отравление.
Чтобы нагреть килограмм воды на 1 градус нужно потратить 4180 Дж
энергии, а 100 Дж в ионизирующем излучении приведёт к серьёзным
последствиям для здоровья человека.
Как защищаться от радиации?
Уменьшить время пребывания;
Увеличить расстояние до источника;
Защититься веществом.
* Микроволны (СВЧ-печи, мобильные
телефоны, WiFi, Bluetooth) и
ультрафиолетовое излучение не являются
ионизирующим излучением!!

15.

Уровни и нормы
Среднемировая доза облучения от естественных источников,
накопленная на душу населения за год, равна 2,4 мЗв, с разбросом от 1
до 10 мЗв. Основные компоненты:
0,4 мЗв от космических лучей (от 0,3 до 1,0 мЗв, в зависимости от
высоты над уровнем моря);
0,5 мЗв от внешнего гамма-излучения (от 0,3 до 0,6 мЗв, в
зависимости от радионуклидного состава окружения — почвы,
стройматериалов и т. п.);
1,2 мЗв от вдыхаемого воздуха, в зависимости от местной
концентрации радона в воздухе;
0,3 мЗв от продуктов питания и питьевой воды.
Человек может получить ещё до ~10 мЗв в год от медицинских
исследований
В ИЯФ много людей может получить до 10 мЗв в год (до 20 мЗв по
закону). Работники атомных станций могут получить до 50 мЗв в год.
Доказанные минимальные последствия от радиации начинаются со
100 мЗв в год.

16.

Рекомендации Международной комиссии
по радиационной защите
и Всемирного общества здравоохранения
Естественный радиационный фон:
0.1 - 0.2 мкЗв/ч - нормальный
0.2 – 0.6 мкЗв/ч - допустимый
0.6 – 1.2 мкЗв/ч - повышенный

17.

18.

19.

ФИО
рейтинг
радиоактивности
номер образца
самая большая
1……………………..8
радиоактивность
самая маленькая
радиоактивность

20.

Почему был банан?
В бананах содержится относительно много калия. В природном калии
содержится примерно 0,01% радиоактивного калия-40 (период
полураспада 1,2 млрд. лет) с активностью около 32 Бк/г. В среднем
банане (~150 г) за секунду распадается примерно 15 ядер
радиоактивного калия, 15 Бк на банан, что соответствует эквивалентной
дозе около 0,086 мкЗв. Можно измерять радиацию в «банановом
эквиваленте».
Таблица в полном
разрешении

21.

* Питер ван Мушенбрук и его ученик Андреас Кюнеус экспериментируют с
«лейденской банкой» - прообразом электрического конденсатора,
середина XVI века.

22.

Радиация исследует и оберегает
Рентгеновская интроскопия и
дефектоскопия
Нейтронный каротаж — исследование
горных пород, разведка месторождений
Стерилизация медицинских
инструментов, расходных
материалов электронные
промышленные ускорители
Датчики дыма (241Am)
Радиоактивационный анализ и
радиоизотопные метки
Нейтронно-трансмутационное
легирование полупроводников
(30Si + n → 31Si → 31P)
Рентгеновский досмотр багажа
и людей
Промышленный
ускоритель ИЛУ-10
Досмотровая кабинка
«Сибскан»

23.

Радиация даёт энергию
Ядерная энергетика:
контролируемое
деление ядер с выделением
энергии
235U: реакторы на медленных
нейтронах («традиционные»)
238U и другие: реакторы на
быстрых нейтронах (будущее)
Радиоизотопные источники (РИТЭГ):
автономные маломощные
потребители в малодоступных
районах и на других планетах.
«Марсианин» (2015)

24.

Радиация двигает науку
Открытие радиоактивности дало
старт изучению структуры атома
и ядра
Рождение квантовой механики и
теории относительности →
квантовая теория поля
Открытие вынужденного деления
ядер → разработка ядерного
оружия и мирной ядерной
энергии
Ещё большее развитие ядерной
физики и ускорителей
Развитие компьютеров и
алгоритмов
Коллайдер
ВЭПП-2000: Ø 3,9 м,
энергия 2х1 ГэВ

25.

Радиация лечит
Рентгеновская диагностика
«рентген» (прямое действие РИ)
флюорография (флуоресценция)
компьютерная томография
Позитронно-эмиссионная томография
Радионуклидная контактная терапия и
радиометки
Гамма/рентгеновская лучевая терапия
Кибер-нож, гамма-нож
Протонная/ионная терапия
Бор-нейтронозахватная терапия
На основе ускорителя-тандема ИЯФ
СО РАН
19
F
e+
γ
e-
γ

26.

Спасибо за внимание!