РАДИОАКТИВНОСТЬ
При спонтанном делении ядро распадается на два (реже три) относительно лёгких ядра — так называемые осколки деления — и несколько нейтронов. При кластерном распаде (являющемся промежуточным процессом между делением и альфа-распадом) тяжёлым материнским ядром испускается относительно лёгкое ядро (14C, 16O и т. п.).
При протонном (двухпротонном) и нейтронном распаде ядро испускает соответственно протоны и нейтроны.
Во всех типах бета-распада (кроме предсказанного, но пока не открытого безнейтринного) ядром испускается нейтрино или антинейтрино, а также бета-частица (электрон или позитрон).
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Ионизирующее излучение — потоки фотонов, элементарных частиц или осколков деления атомов, способные ионизировать вещество.
Ионизация — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Ион (др.-греч. ἰоν — идущее) — частица, в которой общее число протонов не эквивалентно общему числу электронов.
Ион, в котором общее число протонов больше общего числа электронов, имеет положительный заряд и называется
катионом.
Ион, в котором общее число протонов меньше общего числа электронов имеет отрицательный заряд и называется
анионом.
ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Наиболее значимы следующие типы ионизирующего излучения:
Коротковолновое электромагнитное излучение (поток фотонов высоких энергий): рентгеновское излучение; гамма- излучение.
Потоки частиц:
бета-частиц (электронов и позитронов); нейтронов (свободный нейтрон - это нестабильная,
электрически нейтральная частица с временем жизни около 15 минут); протонов, мюонов и других элементарных частиц;
ионов (осколков деления, возникающих при делении ядер), в том числе альфа-частиц (α-частица — положительно заряженная частица, образованная двумя протонами и двумя нейтронами, ядро атома гелия-4).
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПОГЛОЩЁННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Поглощённая доза излучения, показывающая, какая энергия излучения поглощается в единице массы вещества.
В Международной системе единиц СИ единицей поглощённой дозы является грэй (русское обозначение: Гр, международное: Gy), численно равный поглощённой энергии в 1 Дж на 1 кг массы вещества.
Иногда встречается устаревшая внесистемная единица рад (русское обозначение: рад; международное: rad): доза, соответствующая поглощенной энергии 100 эрг на 1 грамм вещества. 1 рад = 0,01 Гр.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОСРЕДЫ
В основе первичных радиационно-химических изменений молекул, образующих клетки организма, могут лежать два механизма, обозначаемые как прямое и косвенное действия ионизирующего излучения.
Под прямым действием понимают изменения, которые возникают в результате поглощения энергии излучения биологически важными молекулами, такими как белок или нуклеиновая кислота. Из-за разрыва химических связей в молекуле может нарушиться нормальное ее функционирование.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОСРЕДЫ
Косвенное воздействие связано с разрушением более простой молекулы, например молекулы воды (Н2О). Вода составляет основную массу (до 90 % ) вещества в клетках. При радиолизе воды молекула ионизируется заряженной частицей, теряя при этом электрон.
Ионизированная молекула воды реагирует с другой нейтральной молекулой воды, в результате чего образуется высокореактивный радикал гидроксила ОН˙
Свободные радикалы содержат неспаренные электроны и поэтому отличаются чрезвычайно высокой реакционной способностью. Время их жизни в воде не более 10–5 с. За этот период они либо рекомбинируют друг с другом, либо реагируют с растворенным субстратом.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА БИОСРЕДЫ
В присутствии кислорода образуются и другие продукты радиолиза, обладающие окислительными свойствами — гидропероксидный радикал, пероксид водорода Н2О2 и атомарный кислород.
Свободные радикалы вызывают разрушения целостности цепочек макромолекул (белков и нуклеиновых кислот), что может привести как к массовой гибели клеток, так и канцерогенезу и мутагенезу. Наиболее подвержены воздействию ионизирующего излучения активно делящиеся (эпителиальные, стволовые, также эмбриональные) клетки.
РАСЧЁТ ПОГЛОЩЁННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Поглощенная доза не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее (в двадцать раз) бета или гамма-излучений и в 10 раз опаснее нейтронного.
Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой; ее измеряют в единицах называемых Зивертами (Зв). Используется также внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр (аббревиатура от «биологический эквивалент рентгена», 1 бэр = 0,01 Зв.
Эквивалентная доза характеризует биологический эффект облучения организма ионизирующим излучением.
Эквивалентная доза равна поглощённой дозе в ткани или органе, умноженной на взвешивающий коэффициент данного вида излучения, отражающий способность излучения повреждать ткани организма.
РАСЧЁТ ПОГЛОЩЁННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Скорость накопления эквивалентной дозы называется мощностью эквивалентной дозы и измеряется в Зв/с (а также в Зв/час, Зв/год и т. д.). Например, среднемировая мощность эквивалентной дозы, накапливаемая при облучении от естественных источников на душу населения, равна 2,4 мЗв/год.
Эквивалентная доза не учитывает различную биологическую чувствительность (коэффициент радиационного риска) органов и тканей к облучению.
РАСЧЁТ ПОГЛОЩЁННОЙ ДОЗЫ ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Эффективная эквивалентная доза рассчитывается как сумма эквивалентных доз по всем органам и тканям, умноженных на взвешивающие коэффициенты для этих органов (щитовидная железа, лёгкие и т.д.), и отражает суммарный эффект облучения для организма.
Эффективная доза (эффективная эквивалентная доза) — величина, используемая в радиационной защите как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения (стохастических эффектов) всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности.
Единица измерения эффективной дозы в Международной системе единиц (СИ) — зиверт (Зв).