Негативні фактори та їх вплив на людину

То як же нейтрони іонізують поглинаюче середовище, якщо вони не заряджені й не можуть електрично взаємодіяти з електронами молекул та атомів? Нейтрон справді 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 найважливішою реакцією є розсіювання на ядрах водню. Відштовхуючись від ядра водню, тобто протона, нейтрон передає останньому частину своєї кінетичної енергії. Такий протон, чи, як його зазвичай називають, протон віддачі, й буде безпосередньо іонізуючою частинкою. Кожне зіткнення нейтрона з ядром водню призводить до зниження енергії нейтрона. Після кількох зіткнень нейтрон перейде в категорію повільних і теплових нейтронів. У тканинах поряд з протонами віддачі можуть виникати ядра віддачі вуглецю, кисню, азоту та ін. Однак імовірність виникнення ядер віддачі більш важчих атомів ніж водень, порівняно невелика. Головною реакцією під час поглинання теплових нейтронів є реакція радіаційного захоплення. Так називають реакцію, за якої відбувається захоплення нейтрона з випромінюванням гамма-кванта. Прикладом такої реакції може бути захоплення нейтрона ядром легкого водню з утворенням важкого водню:

 .

Важкий водень, дейтерій, є стійким. Атоми дейтерію не зазнають радіоактивного розпаду. Але поглинання повільних нейтронів також приводить до виникнення радіоактивних атомів. Прикладом можуть бути наведенні дві ядерні реакції, що, поряд з іншими, протікають в організмі людини під час опромінення нейтронами:

 

тут знаком «*» позначені радіоактивні атоми.

У цих реакціях (як і за реакції з воднем) у мить захоплення нейтрона виникає гамма-квант. Іонізацію в середовищі викликають процеси поглинання цього гамма-кванта, а також випромінювання, що генеруються радіоактивними атомами, які утворилися під час їх розпаду.

Залежно від енергії гамма-квантів та елементного складу поглинаючого середовища вони по-різному взаємодіятимуть з атомами чи молекулами. Гамма-квант під час взаємодії із середовищем може віддати всю свою енергію електрону, що вилітає з атома, й припинити своє існування (фотоефект), або електрон отримує тільки частину енергії гамма-кванта (ефект Комптона). 

В останньому разі електрон вилітає з атома в одному напрямку, гамма-квант зі зменшеною, порівняно з первинною, енергією — 

в іншому. Електрон витрачає свою кінетичну енергію на іонізацію та збудження інших атомів і молекул поглинаючого середовища, гамма-квант продовжує взаємодіяти із середовищем доти, поки не припинить існування в результаті фотоефекту.

Якщо енергія гамма-кванта становить 1,02 МеВ і більше, можливий третій вид взаємодії з атомами речовини, в якій вони поширюються, — утворення пари електрон–позитрон. Ці частинки з'єднуються одна з одною (або позитрон вступає у реакцію анігіляції з електроном іншого атома) й породжують два гамма-кванти з енергією 0,51 МеВ кожний.

Хоча вторинний електрон, що виникає за повного чи часткового поглинання гамма-квантів, іонізує середовище так само, як бета-частинка певної енергії, розподіл іонів в об'ємі, що опромінюється, буде не однаковий. За зовнішнього опромінення бета-частинка з енергією 1 МеВ проникає в тканину на глибину лише декількох міліметрів. Глибші шари тканини залишаються не опроміненими. Гамма-квант тієї самої енергії буде проникати глибоко в тканину, поступово витрачаючи свою енергію на вибивання електронів, а електрони — на іонізацію й руйнування молекул.

Таким чином, якщо навіть в об'ємі тканини, що опромінюється, у результаті дії різних видів випромінювання утвориться однакова кількість іонів, їх просторовий розподіл буде різний. Альфа-частинки й протони дадуть щільні потоки іонів. Бета-частинки високої енергії спершу утворюють у тканинах досить розосереджені за слідом пари іонів; наприкінці свого шляху вони так само, як і альфа-частинки, формують пари іонів, що збиваються в тісний ряд. Гамма-кванти створюють пари іонів, які рівномірно розподіляються в тканині, що опромінюється.

Швидкі нейтрони через їх великий пробіг у тканині вибивають протони з атомів на різній глибині. Іони, збуджені молекули та атоми, що утворюються під час поглинання енергії протонів, подібно до того, як це буває у разі взаємодії з гамма-квантами, розподілені по всьому об'єму, що опромінюється. Різниця лише в тому, що протони є важкими частинами й тому мають короткий пробіг у тканині й дають щільну іонізацію, тоді як вторинні електрони за рівної енергії пробігають у тканинах більший шлях і дають меншу щільність іонів.

Чи буде людина, приймаючи сонячні ванни, радіти красивій засмазі, чи потерпатиме від опіків, — це залежить від дози випромінюваної енергії, яку поглинає шкіра. Так само біологічна дія іонізуючого випромінювання пов'язана з кількістю енергії, яку поглинає тканина. Цю енергію, як зазначалося, вимірюють у електрон-вольтах. Однак зручніше користуватись 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 грама води на 1С потрібно виконати роботу у 4,2•106 ерг, що еквівалентна одній калорії (1 кал).

Одиницю поглиненої дози будь-якого виду іонізуючого випромінювання називають радом. Доза, що дорівнює одному раду, означає, що