Безпека життєдіяльності людини у надзвичайних ситуаціях

В залежності від енергії гамма-квантів і елементного складу поглинаючого середовища по-різному буде відбуватися їхня взаємодія з атомами чи молекулами. Гамма-квант при взаємодії із середовищем може віддати усю свою енергію електрону, що вибивається з атома, і перестати існувати (фотоефект), або електрон здобуває тільки частину енергії гамма-кванта (ефект Комптона). В останньому випадку електрон вилітає з атома в одному напрямку, гамма-квант зі зменшеною в порівнянні з первісною енергією – в іншому. Електрон розтрачує свою кінетичну енергію на іонізацію і збудження інших атомів і молекул поглинаючого середовища, гамма-квант продовжує взаємодіяти із середовищем доти, поки не зникне в результаті фотоефекта.

При енергії гамма-кванта 1,02 МеВ і вище можливий ще третій вид взаємодії із атомами речовини, де вони розповсюджуються, – утворення пари електрон - позитрон. Ці частинки з'єднуються один з одним (або позитрон вступає у реакцію анігіляції з електроном іншого атома) і породжують два гамма-кванти з енергією 0,51 МеВ кожний.

Хоча вторинний електрон, що виникає при повному чи частковому поглинанні гамма-квантів, іонізує середовище точно так само, як бета-частинка відповідної енергії, розподіл йонів в об’ємі, що опромінюється, буде далеко не однаковий. При зовнішнім опроміненні бета-частинка з енергією 1 МеВ проникає в тканину на глибину лише декількох міліметрів. Більш глибокі шари тканини залишаються незачепленими таким випромінюванням. Гамма-квант тієї ж енергії буде проникати глибоко в тканину, поступово утрачаючи свою енергію на вибивання електронів, а електрони на іонізацію і руйнування молекул.

Таким чином, якщо навіть в об’ємі тканини, що опромінюється, у результаті дії різних видів випромінювань утвориться однакове число іонів, просторовий їхній розподіл буде різним. Альфа-частинки і протони дадуть щільні рої іонів. Бета-частинки високої енергії спочатку дають у тканини досить розосереджені по сліду пари іонів; наприкінці свого шляху вони так само як і альфа-частинки, утворюють пари іонів, що збиваються в тісний ряд. Гамма-кванти утворюють пари іонів рівномірно розподілені по всьому обсязі тканини, що опромінюється.

Швидкі нейтрони в силу їхнього великого пробігу в тканині вибивають протони з атомів на різній глибині. Іони, збуджені молекули та атоми, що утворюються при поглинанні енергії протонів, подібно тому, як це відбувається при взаємодії з гамма-квантами, розподілені у всьому об’ємі, що опромінюється. Різниця в тім, що протони – важкі частинки, тому вони мають короткий пробіг у тканині і дають щільну іонізацію, тоді як вторинні електрони при рівній енергії пробігають більший шлях у тканинах і дають меншу щільність іонів.

Чи буде людина, приймаючи сонячні ванни, радуватися красивій засмазі, або буде страждати від опіків, залежить від дози променевої енергії, поглиненої шкірою. Точно так само біологічна дія іонізуючих випромінювань пов'язана з кількістю енергії, поглиненою тканиною. Цю енергію, як згадувалося раніше, вимірюють у електрон-вольтах. Разом з тим зручніше скористатися іншою одиницею – ергом. Один електрон-вольт еквівалентний – 1,6•10-12 ерг. Ерг – одиниця роботи. Це сила в одну діну (1 дін), що діє на шляху 1 см. Ерг – мала величина. Для нагрівання одного граму води на 1°С потрібно виконати роботу у 4,2•106 ерг, що еквівалентно однієї малої калорії (1 кал).

Одиниця поглиненої дози будь-якого виду іонізуючого випромінювання зветься рад. Доза, що дорівнює 1 рад, означає, що кожен грам речовини, при опроміненні, поглинає 100 ерг енергії. Безпосередньо визначити кількість поглиненої енергії, а отже і поглинену дозу, можна в тому випадку, якщо поглинаюче середовище в кінцевому рахунку хімічно не змінюється; тоді вся енергія іонізуючого випромінювання перетворюється в тепло. Цей ефект вимірюють у калориметрі – приладі, у якому можна визначити кількість тепла, що виділилося. Але зробити це дуже важко, тому що навіть великі дози іонізуючого випромінювання, перетворені в тепло, дають дуже невеликий підйом температури.

Практично дозу визначають по числу пар іонів, що утворюються у визначеному обсязі повітря. Для цього існує багато приладів різної конструкції, призначених для виміру іонізаційного ефекту.

Дозу рентгенівських та гамма-променів, що називають експозиційною, обмірювану цими приладами і виражають у рентгенах (Р). Загальноприйнята вже багато років одиниця рентген означає, що в 1 см3 сухого повітря при 00С і тиску 760 мм рт. ст. утворюється 2,08•109 пар іонів. Ця величина не випадкова. Якщо врахувати, що кожен іон несе один елементарний електричний заряд (позитивний чи негативний), рівний 4,80•10-10 електростатичним одиницям, то 2,08•109 пар іонів будуть нести по одній електростатичній одиниці зарядів обох знаків. 1 г повітря при нормальних умовах (тиск 760 мм рт. ст., температура 00С) займає об’єм 770 см3. При дозі в 1 Р у 1 г повітря утвориться 1,6•1012 пар іонів. Якщо вважати, що на утворення однієї пари іонів і відповідного числа збуджених молекул потрібно 34 еВ, то на утворення 1,6•1012 пар іонів буде потрібно 54,4•1012 еВ, тобто 87 ерг.

Гальмова здатність водяної пари більше, ніж повітря. Тому в її масі – 1 г при дозі 1 Р утворюється більше пар іонів, ніж у 1 г повітря. В зв’язку з тим, що витрати енергії на утворення пари іонів залишається однаковою (34 еВ), то доза в 1 Р у одному грамі водяної пари відповідає