Согласно планетарной модели атома, ядро атома состоит из положительных протонов и нейтральных нейтронов. Вокруг ядра вращаются по своим орбитам отрицательно заряженные электроны. Заряд ядра равен суммарному заряду электронов, т.е. атом электрически нейтрален.
Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одинаковое число протонов, но количество нейтронов может быть разным.
Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного и того же химического элемента и называются изотопами. Чтобы отличать их друг от друга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Например, уран-238 содержит 92 протона и 238-92=146 нейтронов, а уран-235 – 92 протона и 143 нейтрона. Протоны и нейтроны имеют общее название нуклоны.
Полное число нуклонов называется массовым числом А и является мерой стабильности ядра. Чем ближе расположен элемент к концу таблицы Менделеева, тем больше А, тем больше нейтронов в ядре и тем менее устойчивы эти ядра.
|
|
Ядра всех изотопов образуют группу нуклидов. Некоторые нуклиды стабильны, т.е. при отсутствии внешних воздействий не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов нестабильно, они все время превращаются в другие нуклиды. Электроны располагаются на орбитах в строгой последовательности, на ближайшей к ядру может находиться не более 2 электронов, на следующей не более 8, на третьей - 16, далее - 32 и т.д.
Энергия атома дискретна. Переход из одного состояния в другое происходит скачкообразно с излучением или поглощением строго фиксированной порции энергии – кванта.
Электроны могут переходить с одной орбиты на другую и покидать атом.
Испускание ядром двух протонов и двух нейтронов – это альфа-излучение, испускание электрона - бета-излучение.
Если нестабильный нуклид оказывается перевозбужденным, он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую гамма-излучением. Как и в случае с рентгеновским излучением, при этом не происходит испускание каких-либо частиц.
Процесс самопроизвольного распада нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид – радионуклидом.
Уровень нестабильности радионуклидов неодинаков: одни распадаются очень быстро, другие очень медленно. Время, в течение которого, распадается половина всех радионуклидов данного типа, называется периодом полураспада. Например, период полураспада урана-238 равен 4,5 млрд. лет, а протактиния-234 – чуть больше минуты.
Активность А радиоактивного вещества – число спонтанных ядерных превращений в этом веществе в единицу времени.
|
|
Единица измерения активности – Беккерель (Бк). 1 Бк равен одному ядерному превращению в 1 секунду. Кюри (Ки) – специальная единица активности 1Ки=3,7*1010 Бк.
Для оценки действия ИИ введены различные дозовые характеристики.
Для характеристики источника излучения по эффекту ионизации применяют экспозиционную дозу рентгеновского и гамма излучения. Экспозиционная доза Х –полный заряд ионов одного знака в единице массы воздуха. Единица измерения -Кулон на килограмм (Кл/кг). Специальная единица – Рентген 1Р=2,6*10-4 Кл/кг.
Поглощенная доза D – средняя энергия, поглощенная в единице массы вещества.
Единица измерения в системе СИ Грей. 1Гр=1 Дж/кг. Специальная единица – рад. 1Гр=100 рад.
Величина поглощенной дозы зависит от свойств излучения и поглощающей среды. В условиях электронного равновесия экспозиционной дозе в 1 Р соответствует поглощенная доза 0,88 рад.
В связи с тем, что одинаковая доза различных видов излучения вызывает в живом организме различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы.
Эквивалентная доза Н – величина, введенная для оценки радиационной опасности хронического облучения излучением произвольного состава, и определяемая как произведение поглощенной дозы D на средний коэффициент качества излучения k.
Н=D*k
Для гамма- и бета-излучения k.=1, для альфа-излучения k=20, т.е. при одной и той же поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее, чем бета- и гамма-излучение.
Единица измерения эквивалентной дозы –Зиверт (Зв). Специальная единица – бэр. 1Зв=100 бэр.
Поглощенная, экспозиционная и эквивалентная дозы, отнесенные к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.
Следует учитывать, что чувствительность разных органов тела к излучениям неодинакова. Например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновения рака легких более вероятно, чем щитовидной железы. Поэтому дозы облучений органов и тканей следует учитывать с разными взвешивающими коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Эта доза тоже измеряется в Зивертах.