Радиация (йонизиращо лъчение) — определение, видове, източници и опасности

Йонизиращото лъчение е процес във физиката, при който нещо изпраща частици или вълни, които могат да йонизират атом или молекула чрез атомни взаимодействия.

Силата на йонизиращото лъчение зависи от енергията на отделните частици или вълни, а не е функция на броя на присъстващите частици или вълни. Материалът, който лъчението може да йонизира, зависи от йонизационната енергия на материала.

Йонизиращото лъчение може да бъде електромагнитно лъчение или субатомни частици. Електромагнитно:

• Гама лъчите са електромагнитни вълни с най-висока енергия.
• Рентгеновите лъчи са по-малко енергийни.
• Ултравиолетовото лъчение йонизира само някои материали.

Излъчването на субатомни частици включва:

• Излъчване на алфа частици, съставени от хелиеви ядра
• Радиация от бета частици, съставена от енергийни електрони или позитрони
• Неутронно излъчване, съставено от неутрони

Част от радиацията може да премине през човешкото тяло и други предмети. Обикновено, когато се използва терминът радиация, се говори конкретно за потенциално вредните видове йонизираща радиация. Ако нещо произвежда такъв вид радиация, можем да кажем, че то е радиоактивно.

Около нас постоянно има малко радиация, с която телата на хората са свикнали, но по-големите количества радиация могат да разболеят или да убият хората. Естествената йонизираща радиация се получава при радиоактивното разпадане на някои химични елементи, като например урана. Звездите и други неща в космическото пространство също произвеждат радиация. Вижте Космически лъчи. Някои изотопи, които са радиоактивни, остават радиоактивни само за много по-малко от секунда. Други могат да останат радиоактивни в продължение на хиляди години.

Хората и всичко живо излъчва радиация по естествен начин, заради съдържащите се в тях калий и въглерод-14.

Някои от машините, които създават радиация, се наричат ускорители на частици. Учените използват тези машини, за да произвеждат радиация и да я изучават.

Рентгеновите апарати също излъчват радиация, за да могат лекарите да видят вътрешността на човешкото тяло и да помогнат на хората. Ядрените оръжия (атомни оръжия) използват ядрена реакция за производство на огромни количества енергия под формата на топлина, светлина и радиация. Тази радиация се разпространява от праха, пепелта и дима, получени при взрива.

Ядрените реактори се използват за производство на електроенергия. Те произвеждат много радиация, но реакторите са построени внимателно, за да задържат радиацията вътре в реактора. Но много хора се страхуват, че ако възникне проблем с реактора, радиоактивният материал може да излезе в околната среда и да нарани или убие много животни и хора. Освен това частите на реактора остават радиоактивни и могат да убият хора в продължение на стотици или хиляди години, така че хората не са сигурни къде могат да съхраняват частите на старите реактори безопасно далеч от хората.

Какво измерва радиацията и как се измерва

Има няколко различни величини, с които се описва радиацията:

• Активност (Bq) — измерва колко радиоактивно еизточник: брой разпадания в секунда (бекерел, Bq).
• Погълната доза (Gy) — енергията, която радиацията предава на маса от вещество (грей, Gy = джаул/кг).
• Ефективна доза (Sv) — отчита биологичния ефект върху човека (зиверт, Sv). Тази величина се използва за оценка на риска от здравословни последствия.

За да се измерват радиационните нива и дози се използват апарати като Гайгер–Мюлеров брояч, сцинтилационни детектори, спектрометри и лични дозиметри (филмови и електронни). Нормалните природни фонови стойности варират, но средно годишната доза за човек в света е около 2–3 mSv (милисиверта) на година, като в някои райони тя е по-висока заради радон или геоложки особености.

Биологични ефекти и рискове

Ефектите от йонизиращата радиация върху организма се делят на два типа:

• Детерминистични ефекти — появяват се след големи остри дози (напр. изгаряния, остро радиационно увреждане). Тези ефекти имат прагова стойност (например остро лъчево боледуване при дози над ~1 Sv и сериозни/смъртни при няколко Sv).
• Стохастични ефекти — шансът за развиване на рак или генетични изменения нараства с дозата, но няма установен „безопасен праг“; рискът се третира статистически (често се използва линейният модел без праг — LNT).

Краткосрочните високи дози могат да причинят повръщане, умора, увреждане на органи и смърт. Ниските и дълготрайни дози повишават риска от развитие на ракови заболявания в дългосрочен план.

Защита от радиация — принципи и материали

Основните правила за намаляване на експозицията са:

• Време — намалете времето на контакт с източника.
• Разстояние — увеличете разстоянието до източника (интензивността намалява с квадрата на дистанцията).
• Екран/щит — използвайте подходящ материал за защитяване.

Типични щитове:

• Алфа частици — спират се от лист хартия или биологична кожа; опасни, ако се внесат в тялото (инхалация/интестинално).
• Бета частици — задържат се от стъкло, пластмаса или няколко милиметра алуминий.
• Гама и рентгенови лъчи — изискват плътни материали като олово или дебел бетон; ефективността зависи от енергията и дебелината (половинна стойност).
• Неутрони — гасене с водни или други материали, богати на водород (вода, полиетилен) и задържане с бор-съдържащи материали за поглъщане.

Естествени и човешки източници на радиация

Основните източници включват:

• Естествени — радон (във въздуха е един от най-важните фактори за радиационно натоварване), космически лъчи (по-високи на големи надморски височини), радиоактивни елементи в почвата и храната (напр. калий-40, въглерод-14).
• Изкуствени — медицински изследвания и терапии (рентген, КТ, ядрена медицина), промишлени приложения (индустриална радиография, стерилизация), източници в научни центрове и резултати от ядрени аварии или оръжия.

Медицинските процедури често са най-големият източник на изкуствено радиационно натоварване за населението; при това ползите (диагностика, лечение) често превишават рисковете, когато процедурите са оправдани и оптимизирани.

Приложения на йонизиращата радиация

• Медицинска диагностика и лечение: рентгенови изследвания, компютърна томография (КТ), лъчелечение при рак, радиоизотопни изследвания.
• Индустрия: проверка на заварки (индустриална радиография), стерилизация на медицински инструменти, измервателни уреди.
• Наука: ускорители на частици, ядрени изследвания, радиометрични методи в геологията и археологията.

Откриване и мониторинг

За мониторинг и защита се използват:

• Гайгер–Мюлеров брояч за обща детекция на радиация.
• Сцинтилационни детектори и полупроводникови спектрометри за идентификация на изотопи.
• Лични дозиметри (филмови значки, TLD, електронни) за следене на индивидуалното натоварване.

Аварии и реакция при радиационни инциденти

При съмнение за излагане или в случай на авария следвайте основните мерки:

• Слънчево правило: приберете се или влезте в закрито помещение; намалете времето на излагане.
• Увеличете разстоянието от източника и използвайте плътен заслон (бетонни или метални конструкции), ако е възможно.
• Деобсервация: свалете външните дрехи (много замърсяване се отстранява така) и измийте откритите участъци с вода и сапун.
• Следвайте официални инструкции от отговорните органи; приемайте медикаменти като калиев йодид само когато е предписано от здравните власти.

Исторически примери като Чернобил и Фукушима показват, че най-опасни са разпространението на радиоактивни частици и дълготрайното замърсяване на околната среда.

Правила и безопасни нива

Международни и национални организации (напр. МКЯЯ, ICRP) определят граници и препоръки за безопасност. Примери за често използвани препоръчителни стойности:

• Годишен граници за професионално изложени лица: около 20 mSv средно годишно (средно за няколко години) — в зависимост от нормативите.
• За обществеността: целево ограничение около 1 mSv годишно от изкуствени източници (без природен фон).

Тези стойности са общи ориентира и могат да варират според конкретните закони и нормативи на отделни държави.

Полезни съвети за ежедневна безопасност

• Не работете с радиоактивни източници или рентгенови апарати без подходящо обучение и защита.
• Следвайте инструкциите на здравните служби за медицински изследвания и обсъдете ползата/риск с лекаря си.
• При пътуване в райони с повишени нива (напр. близо до ядрени инсталации след инцидент) следвайте официалните препоръки.

Йонизиращото лъчение има много приложения, които са от полза за човечеството, но изисква уважение, контрол и адекватни мерки за безопасност. Разбирането на видовете лъчение, начините за измерване и принципите на защита намалява рисковете и позволява безопасното му използване.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява йонизиращото лъчение?

В: От какво зависи силата на йонизиращото лъчение?

В: Кои са някои примери за електромагнитно излъчване?

В: Кои са някои примери за излъчване на субатомни частици?

Въпрос: Могат ли хората да бъдат увредени от големи количества йонизиращи лъчения?

В: Откъде идват естествените йонизиращи лъчения?

В: Колко дълго някои изотопи остават радиоактивни?

Търсене по буква