Згадаємо з курсу середньої школи, що альфа-частинки – це позитивно заряджені атоми гелію. Вони володіють великою іонізаційною та малою проникаючою здібностями. Альфа-частинки можуть пройти шар повітря товщиною не більше 11 см або шар води до 150 мкм. Бета-частинки – це електрони. Кількість іонізованих та збуджених атомів, які утворюються під дією альфа-частинки на одиниці довжини шляху в середовищі, в сотні разів більше, ніж у бета-частинки. А гама-випромінювання – це електромагнітне випромінювання високої енергії, що володіє великою проникаючою здатністю. Його іонізуюча здатність значно менше, ніж у альфа- чи бета-частинок.
Бета-частинки можуть проникати через верхній шар шкіри (0.07 мм). А бета-частинки з великою енергією можуть пройти через шар алюмінію до 5 мм.
Альфа-частинки мають дуже високу іонізаційну здатність, це пояснюється тому, що маса альфа-частинки в 8000 разів більша ніж маса електрона, а за нейтрон в 2 раза. Біологічна ефективність кожного виду іонізуючого випромінювання знаходиться в залежності від питомої іонізації. Так, наприклад, альфа-частинки з енергією 3 Мев утворять 40 000 пар іонів на одному міліметрі шляху, бета-частинки з такою же енергією – до чотирьох пар іонів. Зовнішнє опромінення альфа- і бета-випромінюваннями менш небезпечно, тому що альфа- і бета-частинки мають невелику величину пробігу в тканині і не досягають кровотворних і інших органів.
Нейтрони, як і фотони, непрямо іонізуючі частинки, іонізація середовища в полі нейтронного випромінювання проводиться зарядженими частинками, які з’являються при зіткненні нейтронів з речовиною.
Таблиця 1
Властивості радіоактивного природного випромінювання
| Тип випромінювання | Склад випромінювання | Іонізуюча здатність | Проникаюча здатність |
| a | Іони Не++ | Дуже висока | Низька. Захист: 0,1 мм води, лист папера |
| b | Електрони | Значно висока | Висока. Захист: шар алюмінію до 0,5 мм. |
| g | Електромагнітне випромінювання | Значно низька | Дуже висока. Захист: шар свинцю до декількох см. |
Види і одиниці вимірювання доз опромінення.
Біологічну дію іонізуючого випромінювання умовно можна розділить на: первинні фізико-хімічні процеси, що виникають в молекулах живих клітин та порушення функцій організму як наслідок первинних процесів – біологічний.
Початковий етап розвивається на атомарному рівні – іонізація і збудження атомів. Час протікання цього процесу складає 10-16-10-14с. Це фізико-хімічний етап радіаційного впливу на живий організм
Первинним фізичним актом взаємодії іонізуючого випромінювання з біологічним об'єктом є іонізація. Саме через іонізацію відбувається передача енергії об'єкту. Не можливо прямо виміряти іонізацію об’єкта. Тому найкращим способом вимірювання енергії є доза опромінення.
Доза випромінювання– це кількість енергії іонізуючого випромінювання, поглиненої одиницею маси середовища, що опромінюється. Розрізняють експозиційну, поглинену й еквівалентну дози випромінювання. Для визначення поглиненої енергії будь-якого виду випромінювання в середовищі прийняте поняття поглиненої дози випромінювання.
Поглинена доза випромінювання визначається як енергія, поглинена одиницею маси речовини, що опромінюється. За одиницю поглиненої дози випромінювання приймається джоуль на кілограм (Дж/кг).
У системі СІ поглинена доза виміряється в греях (Гр). 1Гр – це така поглинена доза, при якій 1 кг речовини, що опромінюється, поглинає 1 Дж енергії, тобто 1 Гр = 1 Дж/кг. Поглинена доза залежить від матеріалу, що опромінюється. Так історично склалось, що еталонним матеріалом є повітря.
Для оцінки біологічного впливу іонізуючого випромінювання використовується еквівалентна доза Dекв. Вона залежить від коефіцієнта відносної біологічної ефективності даного виду випромінювання η.
Для рентгенівського, гама-, бета- випромінювань η =1; для альфа-випромінюванняη=20; для нейтронів η =3÷10.
Одиницею вимірювання еквівалентної дози в системі СІ використовується зіверт (Зв), названий на честь одного з перших дослідників по радіаційній безпеці. 1Зв = 100 бер =1 Гр×η ·
Для характеристики джерела випромінювання по ефекту іонізації застосовується так названа експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань. Експозиційна доза виражає енергію випромінювання, перетворену в кінетичну енергію заряджених часток в одиниці маси атмосферного повітря.
За одиницю експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань приймається кулон на кілограм – 1 Кл/кг. Кулон на кілограм – експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань, при якій сполучена з цим випромінюванням корпускулярна емісія на кілограм сухого повітря при нормальних умовах (при t0 = 0°C і тиску 760 мм рт. ст.) робить у повітрі іони, що несуть заряд в один кулон електрики кожного знаку.
Несистемною одиницею експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань є рентген. Рентген – це доза гамма-випромінювання, під дією якої в 1см3 сухого повітря при нормальних умовах (t =0°C і тиску 760 мм рт. ст.) створюються іони, що в одиниці об’єму несуть одну електростатичну одиницю електрики одного знака. Дозі в 1Р відповідає утворенню 2,08·109 пар іонів у 1см3 повітря. Випромінювання може вимірятися в рентгенах - Р, мілірентгенах - мР чи мікрорентгенах - мкР (1 Р = 103 мР = 106 мкР). Рентген – це випромінювання від 1 гр радія на відстані 1м.
Отже, для одержання експозиційної дози в один рентген потрібно, щоб енергія, витрачена на іонізацію в одному кубічному сантиметрі повітря (чи грамі), відповідно дорівнювала
1 Р = 2,58·10- 4 Кл/кг або 1 P = 3,86·10-3 Дж/кг
Джерела іонізуючих випромінювань характеризуються активністю, що визначається кількістю ядерних розпадів за проміжок часу.
У системі СІ одиницею вимірювання активності є бекерель (Бк), названий на честь Анрі Бекереля, який виявив у 1896 р., що джерелом невидимого випромінювання є уран. 1 Бк – це один розпад за секунду. Несистемною одиницею є кюрі (Ки), також названий на честь подружжя Марії Складовської-Кюрі і П’єра Кюрі, які виявили невидиме випромінювання у торію, а потім у полонію та радію.
1 Ки = 3,7·1010 Бк.
Поглинена доза випромінювання й експозиційна доза рентгенівського і гамма-випромінювань, поділені на одиниці часу, називаються відповідно потужністю поглиненої дози випромінювання і потужністю експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань (Рпогл і Рексп).
За одиницю потужності поглиненої дози випромінювання і потужності експозиційної дози прийнятий відповідно ват на кілограм (Вт/кг) і ампер на кілограм (А/кг).
Несистемними одиницями потужності поглиненої дози випромінювання і потужності експозиційної дози рентгенівського і гамма-випромінювань відповідно є рентген в секунду ( р/сек):
Співвідношення між одиницями СІ і несистемними одиницями активності і характеристик поля випромінювання:
Таблиця 2
| Величина та її символ | Назва та позначення одиниць | Зв’язок між одиницями | |
| Одиниця СІ | Несистемна одиниця | ||
| Активність (А) | Бекерель (Бк), дорівнює одному розпаду в секунду (розпад/с) | Кюрі (Ки) | 1 Ки = 3.700·1010 Бк; 1 Бк = 1 розпад/с; 1 Бк = 1 розпад/с = 2.703·10-11 Ки |
| Поглинена доза (Dпогл) | Грей (Гр), дорівнює одному джоулю на кілограм (Дж/кг) | Рад (рад) | 1 рад = 1·10-2 Дж/кг=1 ·10-2 Гр; 1 Гр = 1 Дж/кг; 1 Гр = 1 Дж/кг=100рад. |
| Еквівалентна доза (Dекв) | Зіверт (Зв), дорівнює одному грею на коефіцієнт якості η 1 Зв = 1 Гр η | Бер (бер) | 1 бер = 1 рад/ η = 1·10-2 Дж/кг/ η = 1·10-2 Гр η = 1·10-2 Зв; 1 Зв=1Гр η =1Дж/кг/ η = =100 рад η=100 бер. |
| Потужність еквівалентної дози (Рекв ) | Зіверт в секунду (Зв/с) | Бер в секунду (бер/с) | 1 бер/с = 1·10-2 Зв/с; 1 Зв/с = 100 бер/с |
| Експозиційна доза (Dексп) | Кулон на кілограм (Кл/кг) | Рентген (Р) | 1 Р = 2,58·10-4 Кл/кг; 1Кл/кг=3,88·103Р |
| Потужність експозиційної дози (Рексп ) | Кулон на кілограм в секунду (Кл/кг·с) | Рентген в секунду (Р/с) | 1 Р/с = 2,58·10-4 Кл/кг·с; 1Кл/кг·с=3,88·103Р/с |
Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від природних джерел радіації. Всі дозиметри вимірюють потужність дози. Якщо людина хоче виміряти дозу опромінення, то необхідно час перебування біля радіоактивного джерела помножити на показання дозиметра в цьому місці(Р/год). Нормальним радіаційним фоном є 15-20 мкР/год. Ці цифри залежать від того, в якій місцевості проживає людина. Наприклад, якщо людина проживає в зоні вапняків, то вона може отримати 0,3 мЗв за рік, у зоні осадових порід – 0,5 мЗв за рік, а у зоні гранітів – 1,2 мЗв за рік. Людина піддається опроміненню двома способами. Радіоактивні речовини можуть знаходитися поза організмом і опромінювати його зовні. Основна частина населення отримує опромінення за рахунок природних джерел радіації. У цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення. Але радіоактивні речовини можуть виявитися й у їжі, і у воді, і в повітрі і потрапити всередину організму разом з їжею, чи через органи дихання. Такий спосіб опромінення називається внутрішнім. Попадання твердих часток у дихальні органи залежить від розміру часток. Частки розміром менше 0,1 мкм при вході разом з повітрям попадають у легені, а при видиху видаляються. У легенях залишається тільки невелика частина. Великі частки розміром більше 5 мкм майже усі затримуються носовою порожниною.