Безпека життєдіяльності людини у надзвичайних ситуаціях

Альфа-частинки складають близько 6% загального числа частинок у космічних променях біля землі.

Відомо близько 30 різних природних радіоактивних речовин, при розпаді яких вилітають альфа-частинки. Зараз штучно отриманий ряд нових альфа-випромінювачів, що не зустрічаються в природі. Це так називані трансуранові елементи з атомним номером більше 92 (93…109).

Протони і дейтрони – це ядра легкого і важкого водню з одним елементарним позитивним зарядом. Маса протона майже в чотири рази, а дейтрона в два рази менша маси альфа-частинки. При деяких ядерних реакціях протони випромінюються з атомних ядер. Протони, які мають колосальну енергією, приходять на Землю зі світового простору в складі космічних променів. Вони переважають над іншими частинками у внутрішньому радіаційному поясі Землі (600…1 000 км і вище й у місцях магнітних аномалій нижче 600 км).

В результаті ядерних реакцій при поглинанні енергії протонів в атмосфері виникає радіоактивний вуглець ( ).

До іонізуючого випромінюванням потрібно віднести і нейтральні, не несучі електричного заряду частинки – нейтрони. Ці частинки вилітають з ядер атомів при деяких ядерних реакціях, зокрема при реакціях ділення ядер урану та плутонію. Маса нейтрона майже дорівнює масі протона. Нейтрони характеризуються різною швидкістю. Швидкі нейтрони мають енергію порядку 1 МеВ і вище, повільні – від одиниць до декількох електрон-вольт. Розрізняють також нейтрони проміжної енергії.

Ядра елементів більш важких, ніж водень і гелій, розігнані до великих швидкостей, також варто віднести до іонізуючого випромінювання. Дія важких іонів на живі організми вивчено ще мало, але майбутнім космонавтам прийдеться вважатися з тим, що такі частинки є поза земною атмосферою в складі первинного космічного випромінювання. Ядра більш важких, ніж гелій, елементів складають у Землі близько 1% усього числа частинок у космічних променях, що мають галактичне походження. 

Ефект іонізації. Швидко рухаючись ядерні частинки, поширюючись у будь-якому середовищі, будуть зіштовхуватися (взаємодіяти) з молекулами й атомами речовини, розтрачуючи при цьому свою енергію.

Механізм поглинання енергії різних за своїй фізичній природі випромінювань (рентгенівських і гамма-квантів, заряджених частинок, нейтронів) неоднаковий, але в кінцевому рахунку він зводиться до виникнення іонів і збуджених атомів і молекул. Ефект іонізації, властивий усім цим випромінюванням, дозволяє віднести їх до однієї категорії – іонізуючих промінів.

Ефект іонізації полягає в тім, що заряджена частинка електрично взаємодіє з електроном на зовнішній оболонці атома чи молекули речовини, через яку вона пролітає. Це приводить до розриву зв'язку цього електрона з відповідним атомом або молекулою, в наслідок чого атом або молекула стає позитивно зарядженим іоном. Позитивний іон разом з електроном, що відірвався, утворює пару іонів. Електрон, зірваний з оболонки атома при первинному зіткненні з іонізуючою частинкою, може у свою чергу іонізувати молекули й атоми середовища, що зустрічаються на його шляху, поки не вичерпає свою кінетичну енергію і не приєднається до нейтральної молекули з утворенням негативного іона. На утворення пари іонів витрачається тільки частина енергії іонізуючої частинки. Повна ж передача її енергії супроводжується утворенням у поглинаючому середовищі багатьох пар іонів. На кожну пару іонів виникає, крім того, два-три збуджених атома чи молекули. Перескок електрона з ближньої до ядра атома оболонки на більш далеку (на що також витрачається енергія) «збуджує» атом. При зворотному перескоку електрона на ближню оболонку надлишок енергії випромінюється у виді фотонів видимого, ультрафіолетового світла чи рентгенівських променів. Спалахи світла, які виникають у деяких речовинах (сцинтиляторах), при поглинанні випромінювання можуть бути зареєстровані за допомогою фото примножувача й електронного пристрою. Це один зі способів виявлення і виміру параметрів іонізуючих випромінювань.

Може виникнути питання, як же іонізують поглинаюче середовище нейтрони, якщо вони не заряджені і не можуть, електрично взаємодіяти з електронами молекул та атомів? Нейтрон дійсно не є безпосередньо іонізуючою часткою. Механізм поглинання нейтронів у тканинах живих організмів насамперед залежить від їх енергії. Для швидких нейтронів з енергією 1 МеВ і вище найбільш важливою реакцією є розсіювання на ядрах водню. Відштовхуючись від ядра водню, тобто протона, нейтрон передає останньому частину своєї кінетичної енергії. Такий протон, чи, як його звичайно називають, протон віддачі, і буде безпосередньо іонізуючою частинкою. Кожне зіткнення нейтрона з ядром водню приводить до зниження енергії нейтрона. Після декількох зіткнень нейтрон перейде в категорію повільних та теплових нейтронів. У тканинах поряд із протонами віддачі можуть виникати ядра віддачі вуглецю, кисню, азоту та ін. Однак імовірність виникнення ядер віддачі більш важких атомів, ніж водень, порівняно невелика. Головною реакцією при поглинанні теплових нейтронів є реакція радіаційного захоплення. Так називають реакцію, при якій відбувається захоплення нейтрона з випущенням гамма-кванта. Прикладом такої реакції може бути захоплення нейтрона ядром легкого водню з утворенням важкого водню:

 .

Важкий водень – дейтерій – стійкий. Атоми дейтерію не піддані радіоактивному розпаду. Але поглинання повільних нейтронів приводить також до виникнення радіоактивних атомів. Прикладом можуть служити наступні дві ядерні реакції, що поряд з іншими протікають в організмі при опроміненні нейтронами:

 

У цих реакціях (як і при реакції з воднем) в момент захоплення нейтрона виникає гамма-квант. Іонізацію в середовищі викликають процеси