§ 31. Йонізуюча дія радіоактивного випромінювання. Природний радіаційний фон. Дозиметри. Біологічна дія радіоактивного випромінювання

• Назад до змісту

ПОМІРКУЙТЕ І ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ

1. Чому для характеристики впливу на організм впровадили поняття «еквівалентна доза», а не обмежуються поняттям «поглинута доза»?

Поняття «еквівалентна доза» впровадили тому, що за однакової поглинутої дози різні види йонізуючого випромінювання чинять неоднаковий біологічний вплив на живий організм.

Поглинута доза D показує лише загальну поглинуту енергію на одиницю маси ($D = \dfrac{E}{m}$), але різні частинки мають різну щільність йонізації. Щоб точно оцінити біологічну шкоду для тканин, поглинуту дозу множать на коефіцієнт якості випромінювання:
$H = k \cdot D$

Для $\beta$- та $\gamma$-випромінювання коефіцієнт якості дорівнює 1, а для $\alpha$-випромінювання становить 20. Це означає, що за однакової переданої енергії альфа-частинки завдають організму у 20 разів більше ушкоджень.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

1. Чому навіть невелика доза радіації може бути небезпечною, якщо її дія триває довго?

Невелика доза радіації є небезпечною через поступове накопичення незворотних пошкоджень у клітинах.

Йонізуюче випромінювання збуджує та йонізує атоми живої тканини. У результаті утворюються агресивні хімічні сполуки, які руйнують оболонки клітин і пошкоджують структуру ДНК. Найбільше страждають клітини, які швидко діляться: клітини кісткового мозку, епітелію та статеві клітини. За постійного опромінення природні механізми відновлення не встигають лагодити пошкодження, тому накопичуються мутації, падає імунітет і розвивається хронічна променева хвороба.

Саме тому небезпечний радіоактивний газ радон, який непомітно виділяється із земної кори та накопичується в непровітрюваних приміщеннях, де постійно опромінює легеневі тканини.

2. Чому під час польоту літаком на висоті 10 км над рівнем моря рівень опромінення зростає?

Рівень опромінення зростає через зменшення товщини та захисних властивостей атмосфери Землі.

Атмосферний шар захищає планету та поглинає переважну частину космічного випромінювання. На висоті $10\text{–}12\text{ км}$ товщина та густина повітря над літаком набагато менші, ніж біля поверхні планети. Через це захисний бар’єр слабшає, а інтенсивність космічних частинок зростає приблизно у 25 разів порівняно з рівнем моря.

3. Унаслідок опромінення тканина живого організму масою 2 кг поглинула енергію 0,006 Дж. Визначте поглинуту дозу випромінювання. Чи є така доза небезпечною для людини?

Дано:

• $m = 2\text{ кг}$
• $E = 0{,}006\text{ Дж}$

Знайти:

• $D - ?$

Розв’язання:
За означенням, поглинута доза випромінювання дорівнює відношенню поглинутої енергії до маси речовини:
$D = \dfrac{E}{m}$

Підставимо числові дані разом з одиницями вимірювання:
$D = \dfrac{0{,}006\text{ Дж}}{2\text{ кг}} = 0{,}003\,\dfrac{\text{Дж}}{\text{кг}} = 0{,}003\text{ Гр}$

Отримана доза становить $0{,}003\text{ Гр} = 3\text{ мГр}$. Для бета- чи гамма-випромінювання еквівалентна доза дорівнює $3\text{ мЗв}$, що у 3 рази перевищує гранично допустиму річну норму для людини ($1\text{ мЗв/рік}$). Одноразове отримання такої дози не викликає гострої променевої хвороби, проте постійне опромінення або опромінення альфа-частинками становить реальну небезпеку для організму.

Відповідь: $D = 0{,}003\text{ Гр}$; доза перевищує річну безпечну норму і є потенційно небезпечною.

4. Тканина живого організму отримала поглинуту дозу 0,01 Гр. Визначте еквівалентну дозу для $\alpha$-, $\beta$- та $\gamma$-випромінювання. Яке випромінювання має найсильнішу біологічну дію?

Дано:

• $D = 0{,}01\text{ Гр}$
• $k_{\alpha} = 20$
• $k_{\beta} = 1$
• $k_{\gamma} = 1$

Знайти:

• $H_{\alpha} - ?$
• $H_{\beta} - ?$
• $H_{\gamma} - ?$

Розв’язання:
Еквівалентна доза обчислюється як добуток коефіцієнта якості випромінювання та поглинутої дози:
$H = k \cdot D$

Підставимо значення для кожного виду випромінювання:
$H_{\alpha} = 20 \cdot 0{,}01\text{ Гр} = 0{,}2\text{ Зв}$
$H_{\beta} = 1 \cdot 0{,}01\text{ Гр} = 0{,}01\text{ Зв}$
$H_{\gamma} = 1 \cdot 0{,}01\text{ Гр} = 0{,}01\text{ Зв}$

Найсильнішу біологічну дію має $\alpha$-випромінювання, оскільки воно має найбільший коефіцієнт якості ($k_{\alpha} = 20$) і спричиняє максимальну густину йонізації атомів у живих тканинах.

Відповідь: $H_{\alpha} = 0{,}2\text{ Зв}$; $H_{\beta} = 0{,}01\text{ Зв}$; $H_{\gamma} = 0{,}01\text{ Зв}$. Найсильнішу біологічну дію має $\alpha$-випромінювання.

5. Використовуючи додаткові джерела, здійсніть пошук інформації про способи зменшення впливу радіації на людей, які працюють із джерелами випромінювання.

Для безпечної роботи з радіоактивними матеріалами застосовують кілька обов’язкових способів радіаційного захисту:

• Захист відстанню: працівники віддаляються на максимально можливу відстань від джерела радіації та застосовують дистанційні маніпулятори або роботів, оскільки інтенсивність випромінювання швидко падає зі збільшенням дистанції.
• Захист часом: тривалість робочих операцій біля радіоактивних препаратів скорочують до мінімуму, адже отримана доза прямо пропорційна часу контакту.
• Захист екрануванням: робочі зони обладнують стаціонарними екранами з матеріалів, які поглинають відповідні промені (товстий шар свинцю або бетону для $\gamma$-випромінювання, оргскло для $\beta$-частинок).
• Використання індивідуального захисту: персонал використовує свинцеві фартухи, спеціальні комбінезони, рукавички, а також респіратори чи протигази, які не дають радіоактивному пилу та газам потрапити всередину організму.
• Постійний дозиметричний контроль: працівники носять індивідуальні дозиметри, які фіксують сумарну накопичену дозу й сигналізують про наближення до встановлених меж безпеки.