Ионизирующее излучение (или ионизирующее излучение ), включая ядерное излучение , состоит из субатомных частиц или электромагнитных волн , которые обладают достаточной энергией для ионизации атомов или молекул путем отрыва от них электронов . [1] Некоторые частицы могут двигаться со скоростью до 99% скорости света , а электромагнитные волны относятся к высокоэнергетической части электромагнитного спектра .
Гамма-лучи , рентгеновские лучи и ультрафиолетовая часть электромагнитного спектра с более высокой энергией являются ионизирующим излучением, тогда как ультрафиолетовое излучение с более низкой энергией , видимый свет , почти все типы лазерного света, инфракрасное излучение , микроволны и радиоволны являются неионизирующим излучением . Границу между ионизирующим и неионизирующим излучением в ультрафиолетовой области нельзя четко определить, так как разные молекулы и атомы ионизируются при разных энергиях . Энергия ионизирующего излучения начинается от 10 электронвольт (эВ) до 33 эВ.
Типичные ионизирующие субатомные частицы включают альфа-частицы , бета-частицы и нейтроны . Обычно они образуются в результате радиоактивного распада , и почти все они обладают достаточной энергией, чтобы ионизироваться. Существуют также вторичные космические частицы , образующиеся после взаимодействия космических лучей с атмосферой Земли, включая мюоны , мезоны и позитроны . [2] [3] Космические лучи также могут производить на Земле радиоизотопы (например, углерод-14 ), которые, в свою очередь, распадаются и испускают ионизирующее излучение. Космические лучи и распад радиоактивных изотопов являются основными источниками естественного ионизирующего излучения на Земле, внося свой вклад в радиационный фон . Ионизирующее излучение также генерируется искусственно с помощью рентгеновских трубок , ускорителей частиц и ядерного деления .
Ионизирующее излучение не сразу обнаруживается органами чувств человека, поэтому для его обнаружения и измерения используются такие инструменты, как счетчики Гейгера . Однако частицы очень высокой энергии могут оказывать видимое воздействие как на органические , так и на неорганические вещества (например, освещение воды при черенковском излучении ) или на человека (например, острый лучевой синдром ). [4]
Ионизирующее излучение используется в самых разных областях, таких как медицина , ядерная энергетика , исследования и промышленное производство, но оно представляет опасность для здоровья, если не принять надлежащие меры против чрезмерного воздействия. Воздействие ионизирующего излучения вызывает повреждение клеток живых тканей и органов . В высоких острых дозах это приведет к лучевым ожогам и лучевой болезни , а дозы более низкого уровня в течение длительного времени могут вызвать рак . [5] [6] Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) выпускает рекомендации по защите от ионизирующего излучения и влиянию полученной дозы на здоровье человека.
Ионизирующее излучение можно разделить на прямо или косвенно ионизирующее.
Любая заряженная частица с массой может ионизировать атомы напрямую посредством фундаментального взаимодействия через силу Кулона, если она несет достаточную кинетическую энергию. К таким частицам относятся атомные ядра , электроны , мюоны , заряженные пионы , протоны и энергичные заряженные ядра, лишенные своих электронов. При движении с релятивистскими скоростями (около скорости света , c) эти частицы обладают достаточной кинетической энергией для ионизации, но скорость значительно варьируется. Например, типичная альфа-частица движется со скоростью около 5% от c, а электрон с энергией 33 эВ (достаточной для ионизации) движется со скоростью примерно 1% от c.
Двумя из первых обнаруженных типов прямого ионизирующего излучения являются альфа-частицы , которые представляют собой ядра гелия, выбрасываемые из ядра атома во время радиоактивного распада, и энергичные электроны, которые называются бета-частицами .
Естественные космические лучи состоят в основном из релятивистских протонов, но также включают более тяжелые атомные ядра, такие как ионы гелия и ионы HZE . В атмосфере такие частицы часто задерживаются молекулами воздуха, что приводит к образованию короткоживущих заряженных пионов, которые вскоре распадаются на мюоны — основной тип излучения космических лучей, достигающий поверхности Земли. Пионы также могут быть произведены в больших количествах в ускорителях частиц .
Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов , связанных вместе в частицу, идентичную ядру гелия . Выбросы альфа-частиц обычно производятся в процессе альфа-распада .
Альфа-частицы представляют собой сильно ионизирующую форму излучения, но при радиоактивном распаде они имеют низкую проникающую способность и могут поглощаться несколькими сантиметрами воздуха или верхним слоем человеческой кожи. Более мощные альфа-частицы тройного деления имеют в три раза большую энергию и проникают в воздух пропорционально дальше. Ядра гелия, составляющие 10–12% космических лучей, также обычно имеют гораздо более высокую энергию, чем ядра, образующиеся в результате радиоактивного распада, и создают проблемы с защитой в космосе. Однако этот вид излучения значительно поглощается атмосферой Земли, которая представляет собой радиационную защиту, эквивалентную примерно 10 метрам воды. [7]
Альфа-частица была названа Эрнестом Резерфордом в честь первой буквы греческого алфавита α , когда он в 1899 году расположил известные радиоактивные выбросы в порядке убывания ионизирующего эффекта. Символ — α или α 2+ . Поскольку они идентичны ядрам гелия, их также иногда пишут как He.2+
или4
2Он2+
что указывает на ион гелия с зарядом +2 (без двух электронов). Если ион получает электроны из своего окружения, альфа-частицу можно записать как обычный (электрически нейтральный) атом гелия.4
2Он .
Бета-частицы — это высокоэнергетические, высокоскоростные электроны или позитроны, испускаемые некоторыми типами радиоактивных ядер , таких как калий-40 . Образование бета-частиц называется бета-распадом . Они обозначаются греческой буквой бета (β). Существуют две формы бета-распада: β − и β + , которые соответственно приводят к образованию электрона и позитрона. [8] Бета-частицы менее проникающие, чем гамма-излучение, но более проникающие, чем альфа-частицы.
Бета-частицы высокой энергии могут производить рентгеновские лучи, известные как тормозное излучение («тормозное излучение»), или вторичные электроны ( дельта-лучи ), когда они проходят через вещество. Оба из них могут вызвать эффект непрямой ионизации. Тормозное излучение вызывает беспокойство при экранировании бета-излучателей, поскольку взаимодействие бета-частиц с некоторыми экранирующими материалами приводит к тормозному излучению. Эффект сильнее, если материал имеет высокие атомные номера, поэтому для защиты источника бета-излучения используется материал с низким атомным номером.
Позитрон или антиэлектрон — это античастица или аналог электрона из антивещества . Когда низкоэнергетический позитрон сталкивается с низкоэнергетическим электроном, происходит аннигиляция , в результате чего они преобразуются в энергию двух или более гамма- фотонов (см. Электронно-позитронная аннигиляция ). Поскольку позитроны являются положительно заряженными частицами, они могут напрямую ионизировать атом посредством кулоновского взаимодействия.
Позитроны могут генерироваться путем эмиссионного ядерного распада позитронов (посредством слабых взаимодействий ) или путем образования пар из достаточно энергичного фотона . Позитроны — это распространенные искусственные источники ионизирующего излучения, используемые в медицинской позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Заряженные ядра характерны для галактических космических лучей и солнечных частиц и, за исключением альфа-частиц (заряженных ядер гелия), не имеют естественных источников на Земле. Однако в космосе протоны очень высоких энергий, ядра гелия и ионы HZE могут быть первоначально остановлены относительно тонкими слоями защиты, одежды или кожи. Однако возникающее в результате взаимодействие будет генерировать вторичное излучение и вызывать каскадные биологические эффекты. Если, например, один атом ткани будет смещен энергичным протоном, столкновение вызовет дальнейшие взаимодействия в организме. Это называется « линейной передачей энергии » (ЛПЭ), которая использует упругое рассеяние .
LET можно представить себе как бильярдный шар, ударяющий другой шар в порядке сохранения импульса , отправляя оба шара прочь, а энергия первого шара делится между ними неравномерно. Когда заряженное ядро сталкивается с относительно медленно движущимся ядром объекта в космосе, возникает ЛПЭ, и нейтроны, альфа-частицы, протоны низкой энергии и другие ядра будут высвобождаться в результате столкновений и вносить свой вклад в общую поглощенную дозу ткани. [9]
Косвенно ионизирующее излучение электрически нейтрально и мало взаимодействует с веществом, поэтому основная часть ионизационных эффектов обусловлена вторичной ионизацией.
Несмотря на то, что фотоны электрически нейтральны, они могут ионизировать атомы косвенно посредством фотоэлектрического эффекта и эффекта Комптона . Любое из этих взаимодействий приведет к выбросу электрона из атома на релятивистских скоростях, превращая этот электрон в бета-частицу (вторичную бета-частицу), которая будет ионизировать другие атомы. Поскольку большая часть ионизированных атомов приходится на вторичные бета- частицы, фотоны представляют собой косвенно ионизирующее излучение. [10]
Излученные фотоны называются гамма-лучами, если они образуются в результате ядерной реакции , распада субатомных частиц или радиоактивного распада внутри ядра. Они называются рентгеновскими лучами , если производятся вне ядра. Для описания обоих используется общий термин «фотон». [11] [12] [13]
Рентгеновские лучи обычно имеют более низкую энергию, чем гамма-лучи, и старое соглашение определяло границу как длину волны 10–11 м (или энергию фотонов 100 кэВ). [14] Этот порог был обусловлен историческими ограничениями старых рентгеновских трубок и низкой осведомленностью об изомерных переходах . Современные технологии и открытия показали совпадение энергии рентгеновских лучей и гамма-излучения. Во многих областях они функционально идентичны, различаясь для наземных исследований только происхождением излучения. Однако в астрономии, где происхождение излучения часто не может быть надежно определено, старое энергетическое разделение было сохранено: рентгеновские лучи определялись как имеющие энергию примерно от 120 эВ до 120 кэВ, а гамма-лучи - как имеющие любую энергию от 100 до 120 кэВ. , независимо от источника. Известно, что большая часть астрономической « гамма-астрономии » возникает не в результате ядерно-радиоактивных процессов, а, скорее, в результате процессов, подобных тем, которые производят астрономические рентгеновские лучи, за исключением того, что они управляются гораздо более энергичными электронами.
Фотоэлектрическое поглощение является доминирующим механизмом в органических материалах для энергий фотонов ниже 100 кэВ, что типично для рентгеновских лучей, генерируемых классической рентгеновской трубкой . При энергиях выше 100 кэВ фотоны все больше ионизируют вещество за счет эффекта Комптона , а затем косвенно за счет образования пар при энергиях выше 5 МэВ. Прилагаемая диаграмма взаимодействия показывает два комптоновских рассеяния, происходящих последовательно. При каждом рассеянии гамма-луч передает энергию электрону, и тот продолжает свой путь в другом направлении и с уменьшенной энергией.
Самая низкая энергия ионизации любого элемента составляет 3,89 эВ для цезия . Однако в материалах Федеральной комиссии по связи США ионизирующее излучение определяется как излучение с энергией фотонов более 10 эВ (что эквивалентно длине волны дальнего ультрафиолета 124 нанометра ). [15] Грубо говоря, это соответствует как первой энергии ионизации кислорода, так и энергии ионизации водорода, обе около 14 эВ. [16] В некоторых справочниках Агентства по охране окружающей среды ионизация типичной молекулы воды при энергии 33 эВ упоминается [17] как соответствующий биологический порог ионизирующего излучения: это значение представляет собой так называемое W-значение , в разговорной речи название средней энергии, затрачиваемой ICRU на образование одной ионной пары в газе , [18] которая объединяет энергию ионизации плюс энергию, потерянную на другие процессы, такие как возбуждение . [19] При длине волны электромагнитного излучения 38 нанометров энергия 33 эВ близка к энергии обычного перехода длины волны 10 нм между крайним ультрафиолетовым и рентгеновским излучением, который происходит при энергии около 125 эВ. Таким образом, рентгеновское излучение всегда ионизирующее, но ионизирующим по всем определениям можно считать только крайнее ультрафиолетовое излучение.
Нейтроны имеют нейтральный электрический заряд, который часто ошибочно принимают за нулевой электрический заряд, и поэтому часто не вызывают непосредственной ионизации за один этап или взаимодействия с веществом. Однако быстрые нейтроны будут взаимодействовать с протонами в водороде посредством линейной передачи энергии — энергии, которую частица передает материалу, через который она движется. Этот механизм рассеивает ядра материалов в области мишени, вызывая прямую ионизацию атомов водорода. Когда нейтроны ударяются о ядра водорода, возникает излучение протонов (быстрых протонов). Эти протоны сами по себе являются ионизирующими, поскольку имеют высокую энергию, заряжены и взаимодействуют с электронами вещества.
Нейтроны, которые поражают другие ядра, помимо водорода, передадут меньше энергии другой частице, если действительно происходит линейная передача энергии. Но для многих ядер, пораженных нейтронами, происходит неупругое рассеяние . Возникнет ли упругое или неупругое рассеяние, зависит от скорости нейтрона: быстрого , теплового или чего-то среднего. Оно также зависит от ядер, с которыми он сталкивается, и его нейтронного сечения .
При неупругом рассеянии нейтроны легко поглощаются в ходе ядерной реакции , называемой захватом нейтронов , которая связана с нейтронной активацией ядра. Взаимодействия нейтрона с большинством типов материи таким образом обычно приводят к образованию радиоактивных ядер. Обильное ядро кислорода-16 , например, подвергается нейтронной активации, быстро распадается за счет испускания протонов с образованием азота-16 , который распадается до кислорода-16. Кратковременный распад азота-16 испускает мощный бета-луч. Этот процесс можно записать как:
16 O (n,p) 16 N (возможен захват быстрых нейтронов с нейтроном >11 МэВ)
16 N → 16 O + β − (время распада t 1/2 = 7,13 с)
Этот высокоэнергетический β − далее быстро взаимодействует с другими ядрами, излучая высокоэнергетический γ через тормозное излучение .
Хотя реакция 16 O (n,p) 16 N не является благоприятной, она является основным источником рентгеновского излучения, испускаемого охлаждающей водой водо- водяного реактора , и вносит огромный вклад в излучение, генерируемое ядерным реактором с водяным охлаждением, в то время как операционный.
Для лучшей защиты нейтронов используются углеводороды, имеющие большое количество водорода .
В делящихся материалах вторичные нейтроны могут вызывать цепные ядерные реакции , вызывая большую ионизацию дочерних продуктов деления.
Вне ядра свободные нейтроны нестабильны и имеют среднее время жизни 14 минут 42 секунды. Свободные нейтроны распадаются путем испускания электрона и электронного антинейтрино с образованием протона. Этот процесс известен как бета-распад : [20]
На соседней диаграмме нейтрон сталкивается с протоном материала мишени, а затем становится протоном быстрой отдачи, который, в свою очередь, ионизируется. В конце своего пути нейтрон захватывается ядром в (n,γ)-реакции, которая приводит к испусканию фотона захвата нейтрона . У таких фотонов всегда достаточно энергии, чтобы их можно было назвать ионизирующим излучением.
Нейтронное излучение, альфа-излучение и чрезвычайно энергичное гамма-излучение (> ~ 20 МэВ) могут вызывать ядерную трансмутацию и наведенную радиоактивность . Соответствующими механизмами являются нейтронная активация , альфа-поглощение и фотораспад . Достаточно большое количество трансмутаций может изменить макроскопические свойства и привести к тому, что цели сами станут радиоактивными, даже после того, как первоначальный источник будет удален.
Ионизация молекул может привести к радиолизу (разрыву химических связей) и образованию высокореактивных свободных радикалов . Эти свободные радикалы могут затем химически вступать в химическую реакцию с соседними материалами даже после прекращения исходного излучения. (например, озоновое крекинг полимеров озоном, образующимся при ионизации воздуха). Ионизирующее излучение может также ускорить существующие химические реакции, такие как полимеризация и коррозия, увеличивая энергию активации, необходимую для реакции. Оптические материалы разрушаются под действием ионизирующего излучения.
Высокоинтенсивное ионизирующее излучение в воздухе может вызывать видимое ионизированное свечение характерного голубовато-фиолетового цвета. Свечение можно наблюдать, например, во время аварий, связанных с критичностью , вокруг грибовидных облаков вскоре после ядерного взрыва или внутри поврежденного ядерного реактора, как во время чернобыльской катастрофы .
Одноатомные жидкости, например расплавленный натрий , не имеют химических связей, которые нужно было бы разорвать, и кристаллической решетки, которую можно было бы нарушить, поэтому они невосприимчивы к химическому воздействию ионизирующего излучения. Простые двухатомные соединения с очень отрицательной энтальпией образования , такие как фтористый водород, после ионизации быстро и самопроизвольно реформируются.
Ионизация материалов временно увеличивает их проводимость, что потенциально может привести к опасным уровням тока. Это особая опасность в полупроводниковой микроэлектронике, используемой в электронном оборудовании, поскольку последующие токи приводят к ошибкам в работе или даже необратимо повреждают устройства. Устройства, предназначенные для сред с высоким уровнем радиации, таких как атомная промышленность и внеатмосферные (космические) приложения, могут быть сделаны радиационно трудноустойчивыми к таким воздействиям за счет конструкции, выбора материалов и методов изготовления.
Протонное излучение, обнаруженное в космосе, также может вызывать единичные сбои в цифровых схемах. Электрические эффекты ионизирующего излучения используются в газонаполненных детекторах радиации, например, счетчике Гейгера-Мюллера или ионной камере .
Большинство неблагоприятных последствий воздействия ионизирующего излучения на здоровье можно сгруппировать в две общие категории:
Наиболее частым воздействием является стохастическая индукция рака с латентным периодом в годы или десятилетия после воздействия. Например, ионизирующая радиация является одной из причин хронического миелогенного лейкоза [22] [23] [24] , хотя большинство людей с ХМЛ не подвергались воздействию радиации. [23] [24] Механизм, посредством которого это происходит, хорошо изучен, но количественные модели, прогнозирующие уровень риска, остаются спорными. [ нужна цитата ]
Наиболее широко распространенная модель, Линейная беспороговая модель (LNT), утверждает, что заболеваемость раком из-за ионизирующего излучения увеличивается линейно с эффективной дозой радиации со скоростью 5,5% на зиверт . [25] Если это верно, то естественное фоновое излучение является наиболее опасным источником радиации для здоровья населения, за ним следует медицинская визуализация. Другими стохастическими эффектами ионизирующего излучения являются тератогенез , снижение когнитивных функций и болезни сердца . [ нужна цитата ]
Хотя ДНК всегда подвержена повреждению ионизирующим излучением, молекула ДНК также может быть повреждена излучением с достаточной энергией, чтобы возбудить определенные молекулярные связи с образованием пиримидиновых димеров . Эта энергия может быть меньше ионизирующей, но близка к ней. Хорошим примером является энергия ультрафиолетового спектра, которая начинается примерно с 3,1 эВ (400 нм) и находится почти на том же энергетическом уровне, что может вызвать солнечный ожог незащищенной кожи в результате фотореакций в коллагене и (в диапазоне УФ-В ) также повредить кожу. в ДНК (например, димеры пиримидина). Таким образом, электромагнитный спектр среднего и нижнего ультрафиолета повреждает биологические ткани в результате электронного возбуждения молекул, которое не достигает ионизации, но оказывает аналогичные нетепловые эффекты. Доказано, что в некоторой степени видимый свет, а также ультрафиолет А (UVA), который наиболее близок к видимым энергиям, приводят к образованию активных форм кислорода в коже, которые вызывают косвенное повреждение, поскольку это молекулы с электронным возбуждением, которые могут нанести реактивный ущерб. хотя они не вызывают солнечных ожогов (эритемы). [26] Подобно ионизационному повреждению, все эти эффекты на кожу выходят за рамки тех, которые производятся простыми термическими эффектами. [ нужна цитата ]
В таблице ниже показаны величины радиации и дозы в единицах СИ и других единицах СИ.
Ионизирующее излучение имеет множество промышленных, военных и медицинских применений. Его полезность должна быть сбалансирована с его опасностями, и этот компромисс со временем изменился. Например, одно время продавцы обувных магазинов в США использовали рентгеновские лучи для проверки размера обуви ребенка , но эта практика была прекращена, когда стали лучше понимать риски ионизирующего излучения. [27]
Нейтронное излучение необходимо для работы ядерных реакторов и ядерного оружия . Проникающая способность рентгеновского, гамма-, бета- и позитронного излучений используется для медицинской визуализации , неразрушающего контроля и различных промышленных датчиков. Радиоактивные индикаторы используются в медицине и промышленности, а также в биологической и радиационной химии . Альфа-излучение используется в устройствах для устранения статического электричества и детекторах дыма . Стерилизующее воздействие ионизирующего излучения полезно для очистки медицинских инструментов, облучения пищевых продуктов и техники стерильности насекомых . Измерения содержания углерода-14 можно использовать для датировки останков давно умерших организмов (например, древесины, возраст которой составляет тысячи лет).
Ионизирующее излучение генерируется в результате ядерных реакций, ядерного распада, при очень высокой температуре или в результате ускорения заряженных частиц в электромагнитных полях. Природные источники включают солнце, молнии и взрывы сверхновых. Искусственные источники включают ядерные реакторы, ускорители частиц и рентгеновские трубки .
Научный комитет ООН по действию атомной радиации (НКДАР ООН) перечислил виды облучения человека.
Международная комиссия по радиологической защите управляет Международной системой радиологической защиты, которая устанавливает рекомендуемые пределы поглощения дозы.
Фоновое излучение исходит как от природных, так и от искусственных источников.
Среднее глобальное воздействие ионизирующего излучения на человека составляет около 3 мЗв (0,3 бэр) в год, 80% которого исходит от природы. Остальные 20% являются результатом воздействия искусственных источников радиации, в первую очередь при медицинской визуализации . Среднее антропогенное воздействие намного выше в развитых странах, в основном из-за компьютерной томографии и ядерной медицины .
Естественный фоновый радиационный фон исходит из пяти основных источников: космического излучения, солнечной радиации, внешних земных источников, радиации человеческого тела и радона .
Уровень фоновой естественной радиации значительно варьируется в зависимости от местоположения: в некоторых районах он составляет всего 1,5 мЗв/год (1,5 мЗв в год) и более 100 мЗв/год в других. Самый высокий уровень чисто естественной радиации, зарегистрированный на поверхности Земли, составляет 90 мкГр/ч (0,8 Гр/год) на бразильском черном пляже, состоящем из монацита . [28] Самый высокий радиационный фон в жилой зоне наблюдается в Рамсарской конвенции , в первую очередь из-за естественно радиоактивного известняка, используемого в качестве строительного материала. Около 2000 наиболее подвергшихся облучению жителей получают среднюю дозу радиации 10 мГр в год, что (1 рад /год) в десять раз превышает рекомендуемый МКРЗ предел облучения населения от искусственных источников. [29] Рекордные уровни были обнаружены в доме, где эффективная доза радиации от внешнего облучения составляла 135 мЗв/год (13,5 бэр/год), а ожидаемая доза от радона - 640 мЗв/год (64,0 бэр/год). [30] Этот уникальный случай более чем в 200 раз превышает средний мировой фоновый уровень радиации. Несмотря на высокий уровень радиационного фона, который получают жители Рамсарской конвенции, нет убедительных доказательств того, что они подвергаются большему риску для здоровья. Рекомендации МКРЗ являются консервативными пределами и могут представлять собой завышенное представление фактического риска для здоровья. Обычно организации по радиационной безопасности рекомендуют наиболее консервативные пределы, полагая, что лучше проявить осторожность. Этот уровень осторожности уместен, но его не следует использовать для создания опасений по поводу радиационной опасности. Радиационная опасность фонового излучения может представлять собой серьезную угрозу, но, скорее всего, представляет собой небольшой общий риск по сравнению со всеми другими факторами окружающей среды.
Земля и все живое на ней постоянно подвергаются радиации из-за пределов нашей Солнечной системы. Это космическое излучение состоит из релятивистских частиц: положительно заряженных ядер (ионов) от 1 а.е.м. протонов (около 85% его количества) до 26 а.е.м. ядер железа и даже больше. (Частицы с высоким атомным номером называются ионами HZE .) Энергия этого излучения может намного превосходить ту, которую могут создать люди, даже в крупнейших ускорителях частиц (см. Космические лучи сверхвысоких энергий ). Это излучение взаимодействует в атмосфере, создавая вторичное излучение, которое падает вниз, включая рентгеновские лучи , мюоны , протоны , антипротоны , альфа-частицы , пионы , электроны , позитроны и нейтроны .
Доза космического излучения в основном формируется за счет мюонов, нейтронов и электронов, причем мощность дозы варьируется в разных частях мира и в основном зависит от геомагнитного поля, высоты и солнечного цикла . Мощность дозы космического излучения на самолетах настолько высока, что, согласно отчету НКДАР ООН за 2000 год (см. ссылки внизу), работники летных экипажей авиакомпаний получают в среднем большую дозу, чем любой другой работник, в том числе на атомных электростанциях. Экипажи авиакомпаний получают больше космических лучей, если они регулярно выполняют полеты по маршрутам, ведущим к Северному или Южному полюсу на больших высотах, где этот тип радиации максимален.
Космические лучи также включают гамма-лучи высокой энергии, которые намного превосходят энергии, производимые солнечными или человеческими источниками.
Большинство материалов на Земле содержат радиоактивные атомы , даже если в небольших количествах. Большая часть дозы, полученной от этих источников, поступает от излучателей гамма-излучения в строительных материалах или камнях и почве, когда они находятся снаружи. Основными радионуклидами , вызывающими обеспокоенность по поводу земной радиации , являются изотопы калия , урана и тория . Активность каждого из этих источников снижается с момента образования Земли.
Все земные материалы, являющиеся строительными блоками жизни, содержат радиоактивный компонент. Когда люди, растения и животные потребляют пищу, воздух и воду, в организме накапливается запас радиоизотопов (см. банановый эквивалент дозы ). Некоторые радионуклиды, такие как калий-40 , испускают гамма-лучи высокой энергии, которые можно измерить с помощью чувствительных электронных систем измерения радиации. Эти внутренние источники радиации вносят свой вклад в общую дозу облучения человека от естественного радиационного фона .
Важным источником естественной радиации является газ радон , который постоянно просачивается из коренных пород, но из-за своей высокой плотности может накапливаться в плохо вентилируемых домах.
Радон-222 — газ, образующийся в результате α-распада радия -226. Оба являются частью цепочки распада природного урана . Уран встречается в почве по всему миру в различных концентрациях. Радон является основной причиной рака легких среди некурящих и второй по значимости причиной в целом. [31]
Существует три стандартных способа ограничения воздействия:
Все это можно применить к природным и искусственным источникам. Для искусственных источников использование локализации является основным инструментом снижения поглощения дозы и фактически представляет собой сочетание защиты и изоляции от открытой среды. Радиоактивные материалы помещаются в минимально возможное пространство и хранятся вне окружающей среды, например, в горячей камере (для радиации) или в перчаточном боксе (для загрязнения). Радиоактивные изотопы для медицинского использования, например, распределяются в закрытых погрузочно-разгрузочных сооружениях, обычно в перчаточных боксах, в то время как ядерные реакторы работают в закрытых системах с множеством барьеров, которые удерживают радиоактивные материалы. В рабочих помещениях, горячих камерах и перчаточных боксах давление воздуха немного снижено, чтобы предотвратить утечку переносимых по воздуху материалов в открытую среду.
В случае ядерных конфликтов или гражданских ядерных выбросов меры гражданской обороны могут помочь снизить облучение населения за счет уменьшения поступления изотопов в организм и профессионального облучения. Одним из них является проблема таблеток йодида калия (КИ), которые блокируют поступление радиоактивного йода (одного из основных радиоизотопных продуктов ядерного деления ) в щитовидную железу человека .
Лица, подвергшиеся профессиональному облучению, контролируются в рамках нормативной базы страны, в которой они работают, и в соответствии с любыми местными ограничениями ядерной лицензии. Обычно они основаны на рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите . МКРЗ рекомендует ограничить искусственное облучение. Для профессионального облучения предел составляет 50 мЗв в течение одного года и максимум 100 мЗв в течение последующего пятилетнего периода. [25]
Радиационное облучение этих лиц тщательно контролируется с использованием дозиметров и других приборов радиологической защиты, которые измеряют концентрацию радиоактивных частиц, показания дозы гамма-излучения и радиоактивное загрязнение . Юридический учет дозы ведется.
Примеры видов деятельности, при которых профессиональное облучение вызывает беспокойство, включают:
Некоторые искусственные источники радиации воздействуют на организм посредством прямого излучения, известного как эффективная доза (излучение), тогда как другие принимают форму радиоактивного заражения и облучают организм изнутри. Последняя известна как ожидаемая доза .
Медицинские процедуры, такие как диагностическая рентгенография , ядерная медицина и лучевая терапия , безусловно, являются наиболее значительным источником антропогенного радиационного воздействия на население. Некоторые из основных используемых радионуклидов : I-131 , Tc-99m , Co-60 , Ir-192 и Cs-137 . Население также подвергается воздействию радиации от потребительских товаров, таких как табак ( полоний -210), горючее топливо (газ, уголь и т. д.), телевизоры , светящиеся часы и циферблаты ( тритий ), рентгеновские системы аэропортов, детекторы дыма ( америций ), электронные лампы и оболочки газовых фонарей ( торий ).
В меньшей степени облучению подвергается население в ходе ядерного топливного цикла, который включает в себя всю последовательность от переработки урана до захоронения отработавшего топлива. Эффекты такого воздействия не были надежно измерены из-за чрезвычайно низких доз. Оппоненты используют модель рака на дозу, чтобы утверждать, что такая деятельность вызывает несколько сотен случаев рака в год, что является применением широко распространенной линейной беспороговой модели (LNT).
Международная комиссия по радиологической защите рекомендует ограничить искусственное облучение населения средней эффективной дозой 1 мЗв (0,001 Зв) в год, не считая медицинского и профессионального облучения. [25]
В ядерной войне гамма-лучи как от первоначального взрыва оружия, так и от радиоактивных осадков будут источниками радиационного воздействия.
Массивные частицы вызывают беспокойство у астронавтов за пределами магнитного поля Земли , которые будут получать солнечные частицы от солнечных протонных событий (SPE) и галактические космические лучи от космических источников. Эти высокоэнергетические заряженные ядра блокируются магнитным полем Земли, но представляют собой серьезную проблему для здоровья астронавтов, отправляющихся на Луну и в любое отдаленное место за пределами земной орбиты. В частности, известно, что сильно заряженные ионы HZE чрезвычайно разрушительны, хотя протоны составляют подавляющее большинство галактических космических лучей. Факты указывают на прошлые уровни радиации SPE, которые были бы смертельными для незащищенных астронавтов. [35]
Воздушные путешествия подвергают людей на самолетах повышенному излучению из космоса по сравнению с уровнем моря, включая космические лучи и солнечные вспышки . [36] [37] Такие программы, как Epcard , CARI, SIEVERT, PCAIRE, представляют собой попытки имитировать воздействие на экипажи и пассажиров. [37] Пример измеренной дозы (не моделируемой дозы) составляет 6 мкЗв в час от лондонского аэропорта Хитроу до Токио Нарита по высокоширотному полярному маршруту. [37] Однако дозировки могут варьироваться, например, в периоды высокой солнечной активности. [37] ФАУ США требует от авиакомпаний предоставлять летным экипажам информацию о космическом излучении, а Международная комиссия по радиологической защите рекомендует для населения не превышать 1 мЗв в год. [37] Кроме того, многие авиакомпании не разрешают беременным членам экипажа соблюдать европейскую директиву. [37] Федеральное управление гражданской авиации рекомендует общий предел в 1 мЗв для беременности и не более 0,5 мЗв в месяц. [37] Информация первоначально основана на «Основах аэрокосмической медицины» , опубликованных в 2008 году. [37]
Опасные уровни ионизирующего излучения обозначаются знаком трилистника на желтом фоне. Их обычно размещают на границе радиационно-контролируемой зоны или в любом месте, где уровень радиации значительно превышает фоновый из-за вмешательства человека.
Красный символ предупреждения об ионизирующем излучении (ISO 21482) был введен в обращение в 2007 году и предназначен для источников МАГАТЭ категорий 1, 2 и 3, определяемых как опасные источники, способные привести к смерти или серьезным травмам, включая облучатели пищевых продуктов, телетерапевтические аппараты для лечения рака и промышленную рентгенографию. единицы измерения. Символ должен быть размещен на устройстве, в котором находится источник, как предупреждение о том, что не следует разбирать устройство или приближаться к нему. Он не будет виден при обычном использовании, только если кто-то попытается разобрать устройство. Символ не будет располагаться на входных дверях зданий, транспортных упаковках или контейнерах. [38]
![Символ радиоактивной опасности ISO 2007 года, предназначенный для источников МАГАТЭ категорий 1, 2 и 3, определяемых как опасные источники, способные привести к смерти или серьезным травмам.[38]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/35/Logo_iso_radiation.svg/1280px-Logo_iso_radiation.svg.png){kind=logo}
