"ЧТО ТАКОЕ РЕНТГЕН И ЧЕМ ОН ОТЛИЧАЕТСЯ ОТ ЗИВЕРТА" или "ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИАЦИИ"
Мы уже рассказывали о том, что такое радиация в принципе (см. мою первую статью здесь же). Теперь так же коротко и очень понятным языком обсудим единицы её измерения. Надо сказать, вопрос этот не слишком сложный, но, тем не менее, иногда здесь происходит некоторая путаница.
Начнём с того, что для измерения активности радиоактивных материалов в системе СИ используется такая единица как беккерель (Бк). Фактически это дело показывает то, сколько распадов в секунду происходит в данном веществе за 1 с. Поэтому 1 Бк = 1 с^-1. То есть, речь идёт именно о процессах "внутри" радионуклида, а не об информации о "радиации вокруг" него. Внесистемная единица измерения активности – кюри (Ки). 1 Ки = 3,7 * 10^7 Бк.
Теперь непосредственно о самой радиации. Существует такое понятие как экспозиционная доза. По сути, она просто характеризует способность фотонного (гамма) излучения ионизировать окружающий воздух и представляет собой отношение суммарного заряда ионов, образованных в результате действия излучения, к массе воздуха, на который это действие оказывалось. Соответственно единица измерения экспозиционной дозы – кулон на килограмм (кл/кг). Внесистемная единица измерения – это тот самый рентген (Р). 1 Р = 2,58*10^-4 кл/кг. Мощность экспозиционной дозы измеряется в амперах на килограмм (А/кг) или в рентгенах в секунду (Р/с). На практике, впрочем, часто используют рентгены в час (Р/ч). А мощность – она и есть мощность. Её значение даёт понять, "насколько сильное" гамма-излучение присутствует в данном месте, "сколько рентген воздействует на объект за секунду или за час".
Также существует понятие поглощённой дозы. Это – величина энергии ионизирующего излучения, переданная веществу. Чтобы было понятно, скажем так. Если экспозиционная доза скорее характеризует само по себе излучение (только гамма), то поглощённая – показывает именно "количество" действия излучения (какого-нибудь) на что-либо, "сколько радиации здесь подействовало на объект". Формулировки, разумеется, мягко говоря, некорректные, но весьма наглядные и понятные. В системе СИ данная величина измеряется в греях (Гр). Один грей равен одному джоулю (энергии) на килограмм (вещества) (Дж/кг). Кроме того, есть несистемная единица под название "рад", равная 0,01 Гр. Фактически именно поглощённая доза является основополагающей в дозиметрии. Она показывает именно действие энергии на вещество и применима к радиоактивному излучению любого вида. В общем и целом, в большинстве случаев можно считать, что "100 рентген гамма-излучения равны 100 радам или 1 грею". То есть, в среднем, объект, помещённый в среду, в которой наблюдается мощность гамма-излучения 100 Р/ч, за час получит дозу в 1 грей. А за 2 часа, как несложно догадаться – 2 грея. Хотя на самом деле там всё будет зависеть от конкретной энергии конкретных частиц. Но в среднем – примерно как-то так.
Теперь самое интересное. Дело в том, что разные виды излучения (альфа, бета, гамма...) по-разному воздействуют на живые организмы. Ранее мы уже отмечали, что альфа-излучение может быть гораздо опаснее, чем бета (другой вопрос, что оно должно ещё как-то "попасть в организм", а для него это сложнее). Поэтому для оценки биологического эффекта облучения организма была придумана эквивалентная доза излучения, измеряемая в зивертах (Зв). Она равна поглощённой (организмом или его частью) дозе, умноженной на так называемый взвешивающий коэффициент данного вида излучения. То есть, величину энергии, полученной организмом или его частью, просто умножают на коэффициент, который у каждого вида излучения свой. Для гамма-излучения он равен 1. Следовательно, в этом (и самом распространённом) случае эквивалентная доза (в Зв) будет численно равна поглощённой (в Гр). Есть и внесистемная единица измерения эквивалентной дозы: бэр (биологический эквивалент рентгена), который равен 0,01 Зв. Таким образом, если человек пробыл 3 часа в местности, мощность экспозиционной дозы в которой составляет 30 Р/ч, то поглощённая им доза излучения примерно такова: 3 * 30 = 90 (рад) = 0,9 (Гр), что в эквиваленте равно 90 (бэр) или 0,9 (Зв).
Для бета-частиц и рентгеновского излучения взвешивающий коэффициент также равен 1.
Для протонного принимается равным 2.
Для альфа-частиц и осколков деления атомов – 20.
Что касается нейтронного излучения, то оно сильно различается по энергии этих самых нейтронов, и здесь коэффициент может быть от 2 до 21.
Получается, что 1 час воздействия альфа-излучения на организм как бы соответствует целым 20 часам воздействия гамма-излучения.
Вообще говоря, учитывая, что для "обычной" радиации (гамма) все три величины численно примерно равны, в дозиметрах часто показывается не мощность экспозиционной дозы в Р/ч, а именно мощность эквивалентной в Зв/ч (на самом деле - обычно в микрозивертах). Кстати говоря, в среднем по Земле естественное её значение составляет около 0,20 мкЗв/ч (20 мкР/ч). Нормой считается излучение до 0,30 мкЗв/ч, хотя по факту абсолютно безопасно для человеческого организма и постоянное пребывание в местности с 0,50 мкЗв/ч.
Всё? Нет, не всё. Излучение ещё и по-разному может действовать на различные ткани и органы организма. Например, глаза могут быть более чувствительны, чем кожа. Для оценки действия излучения на конкретные "места организма" используется ещё один коэффициент, на который умножается суммарная эквивалентная доза облучения организма. Полученная величина называется эффективной дозой и измеряется в тех же единицах, что и эквивалентная. Например, для желудка и лёгких коэффициент равен 0,12, для кожи – 0,01.
Какие конкретно эквивалентные дозы излучения приводят к развитию лучевой болезни? Это тема для отдельного разговора. Если совсем вкратце, то за довольно короткий промежуток времени человек должен успеть получить дозу 100 Р = 1 рад = 1 Гр = 100 бэр = 1 Зв (для гамма-излучения). Да, да, вероятно, именно поэтому знаменитый бар в "Сталкере" был назван именно так.
Автор: Сергей Смолин.
"ЧТО ТАКОЕ РАДИАЦИЯ" и "КАКАЯ ОНА БЫВАЕТ"
Краткая и понятная справка для самых маленьких.
В сети (и не только) иногда попадаются люди, которые не знают даже самых простых вещей про радиацию. Специально для них объясняем. Да, очень вкратце. Да, НЕ совсем научно, а, может быть, даже и НЕ совсем точно, и вообще наивно и по-детски. Но зато очень просто и ясно. А если кому-то нужно больше и правильнее – пожалуйте в Гугл.
Итак.
Сначала на всякий случай напоминаем. Как известно, вещества состоят из атомов, а атомы состоят из трёх видов частиц: протонов (положительно заряженные частицы), нейтронов (нейтральные частицы), электронов (отрицательно заряженные частицы). Из протонов и нейтронов сделано ядро атома. И тех, и других называют ещё нуклонами. А электроны (которые намного меньше по массе) роятся вокруг этого ядра по специальным "орбитам" (орбиталям). Этот "рой" (облако) электронов нас сейчас не интересует. Все самые захватывающие процессы происходят в ядре.
Собственно все элементы различаются лишь числом протонов и нейтронов. То есть, золото отличается от свинца всего лишь количеством этих частиц, и не более того. Например, в атоме "обычного" водорода – 1 протон и ни одного нейтрона. А в атоме, к примеру, "обычного" железа - 26 протонов и 30 нейтронов (если я сейчас ничего не путаю, впрочем, смысл ясен). Есть, однако, и "необычные" атомы. Например, (при том же числе протонов) нейтронов в атоме может быть больше, чем в большинстве "сородичей". В качестве примера приведём так называемый дейтерий – водород, в котором таки есть не только 1 протон, но и 1 нейтрон. Такие "вариации" называются изотопами. Так, дейтерий – это один из изотопов водорода.
Все эти нуклоны держатся (обычно) вместе и никуда на разлетаются. На это у них есть веские причины, называемые ядерными силами, из-за которых нуклоны притягиваются друг к другу. Строго говоря, само это явление рассматривается уже не в ядерной физике, а в физике элементарных частиц, в общем, просто поверьте, что оно есть. Помимо ядерных сил на нуклоны действуют некоторые другие силы, например, кулоновские силы отталкивания. У "обычных" стабильных изотопов притяжение нуклонов пересиливает всё остальное. И ничего интересного с такими ядрами не происходит. Однако, при некоторых условиях, например, если нейтронов получается "больше, чем нужно", или при некоторых других, могут начать происходить весьма любопытные явления. Именно это и отличает радиоактивные изотопы элементов от не радиоактивных.
Одним из таких любопытных явлений является альфа-распад. При альфа-распаде из ядра атома вылетают – кто бы мог подумать! – так называемые альфа-частицы. Они представляют собой два протона и два нейтрона (то, есть, по сути, это ядра гелия). Соответственно, в ядре остаётся меньшее число нуклонов, и данный атом становится уже атомом другого элемента. Альфа-частицы не могут улететь далеко от покинутого ядра, их пробег в воздухе составляет несколько сантиметров, а в какой-нибудь там алюминий они могут проникнуть только на доли миллиметра, не говоря уже о чём-то более плотном. Альфа-частицы притягивают к себе часть электронов из окружающей среды, чтобы стать "полноценными" атомами гелия. Соответственно, при контакте с ними соседние атомы вещества часть своих электронов теряют и становятся так называемыми ионами. Ввиду маленькой проникающей способности, альфа-излучение в подавляющем большинстве случаев не представляет опасности для человека и прочих зверюшек, так как эти частицы не способны преодолеть даже верхний омертвевший слой кожи (даже если смогут на неё попасть сквозь окружающий воздух). Однако, вещества, в которых происходит альфа-распад, могут быть чрезвычайно опасны при попадании внутрь организма. Кстати говоря, радиоактивные вещества, попав в организм, могут весьма и весьма надолго там задержаться (а некоторые прям очень надолго), то есть, воздействие получится не только гораздо более сильным, но ещё и долгим (и вот это уже относится к изотопам с любым видам распада, а не только с альфа). Именно поэтому при нахождении в некоторых опасных зонах следует пользоваться защитной одеждой и противогазом.
Второе интересное явление, касающееся предмета нашего рассмотрения – бета-распад. Здесь процесс немного более сложный. Существует такая вещь как слабое взаимодействие (тут опять физика элементарных частиц). И вот это взаимодействие при бета-распаде превращает один из нейтронов атома в протон (или наоборот). При этом, в соответствии с определёнными законами, в ядре также "образуются" две частицы. В зависимости от вида бета-распада (отрицательный или положительный), это могут быть либо электрон и антинейтрино, либо позитрон и нейтрино. "Нейтрины" оставим в покое, нам они сейчас не нужны. А вот такие вылетающие из ядер электроны/позитроны – это и есть бета-частицы. Они способны ионизировать чьи-либо атомы, вызывать химические реакции и вообще делать всякие разные вещи. Их проникающая способность – на порядок больше, чем у альфа-частиц. Пробег в воздухе может исчисляться метрами. Эти малыши вполне способны проникать в кожу человека. Вещества с бета-распадом так же очень опасны при попадании вовнутрь (хотя действие бета-частиц на организм всё-таки намного слабее, чем альфа).
Третье явление. Да, правильно. Гамма-излучение. Если альфа- и бета- частицы – это "прямые" продукты того или иного распада, то с гамма-частицами всё иначе. Грубо говоря, это "побочный продукт", образующийся при каких-либо процессах. При тех же распадах, при ядерных реакциях и некоторых других. Представьте, что вы берёте мандарин и делите его на дольки. Помимо собственно долек, у вас в руках останутся ещё кусочки цедры. Вот так и тут. Пример очень примитивный и вообще некорректный, но зато ясный. Гамма-частицы представляют собой фотоны. Да, те самые, из которых состоит, в частности, видимое световое излучение (свет), но только с другими "параметрами". Гамма-частицы обладают очень высокой проникающей способностью и могут преодолевать, скажем, пятисантиметровый слой свинца. Взаимодействие с веществом может быть различным – ионизация, ядерный фотоэффект ("выбивание" из ядра атома нуклонов) и прочее. По опасности для живых организмов гамма-частицы примерно эквивалентны бета, однако, как уже было сказано, проникают в вещества несоизмеримо глубже. Обычно, говоря о радиации как об опасном факторе, подразумевают именно гамма-излучение. Хотя этим словом можно назвать любое из перечисляемых здесь излучений.
Нейтронное излучение. Как несложно догадаться, это поток нейтронов. Фактически наблюдается не "само по себе", а только при ядерных реакциях (в реакторах или при тех самых ядерных взрывах). Вылетающие нейтроны различаются по своей энергии. В отличие от вышеперечисленных частиц, нейтроны взаимодействуют только с ядрами атомов и лучше поглощаются не тяжёлыми (плотными), а лёгкими атомами, скажем, бором. Так называемые "быстрые" нейтроны (с более высокой энергией) поглощаются вообще плохо, однако, могут быть "замедленны" с помощью, к примеру, водородосодержащих материалов (той же воды). Нейтроны могут "цепляться" к ядрам окружающих веществ, в результате чего эти ядра становятся радиоактивными и начинают сами испускать те или иные частицы (наведённая радиоактивность).
Существует также экзотическое протонное излучение и некоторые другие, но их рассмотрение уже выходит за рамки этого разговора.
Что такое космическое излучение и при чем тут плесень?
Вынужденный пост, ибо недавно Маск заявил, что хочет построить колонию на Марсе, и тут народ забурлил про «невозможность». Основной посыл был в том, что «тамжырадиация», все умрут ещё на подлете. Интересно, но исключительный вред радиации активно мусолится и нашими СМИ и космическим агентством. Поэтому поборов лень, я решил запилить пост, да и надо торопиться, пока культпросвет и научпоп в стране не обложили налогами и бюрократией. Мне интересен космос, в профиле ещё несколько постов про всё это, и изредка они пополняются.
Так что давайте разбираться, так ли всё печально. (Предупреждение! ОЧЕНЬ ДЛИННОПОСТ! В посте будут встречаться картинки из Пейнта и графики с цветными столбцами, мемы, цветные слова-гиперссылки на которые надо кликать, источники на английском) Выводы как всегда в конце.
Начнем с теории.
До́за излуче́ния — в радиационной безопасности, физике и радиобиологии — величина, используемая для оценки степени воздействия ионизирующего излучения на любые вещества, живые организмы и их ткани. Излучение – это передача энергии в форме волн или частиц. Виды излучения можно посмотреть в вики.Говоря про уровень радиации на МКС или на земле, используют понятие
Эквивалентная доза (биологическая доза). Измеряется в зивертах (Зв), Зиверт - это единица измерения радиационного воздействия на биологическую ткань. При одинаковых поглощённых дозах различные виды излучения производят неодинаковое биологическое воздействие на организм. Обусловлено это тем, что более тяжёлая частица (например, протон) производит на единице длины пути в ткани больше ионов, чем лёгкая (например, электрон).
Что это значит? Элементарные частицы или волны влетают в ваш организм, попутно передавая свою энергию атомам, из которых вы состоите, ионизируя их, из-за чего разрушаются молекулы, из-за чего разрушаются клетки и тд. Если частица малая или вообще волна вроде рентгена, она просто пролетит сквозь организм, практически ничего не испортив. Но если ты держишь кусок обогащенного урана в руках, то можно стать героем мема:В космосе есть 2 вида излучения:
• Галактические космические лучи (ГКЛ). Это космическое излучение, которое есть всегда, это естественный радиационный фон в космосе. Порождаются они взрывами сверхновых звёзд и состоят на 90% из протонов или ядер Гелия с очень высокими энергиями. Если вокруг не начнут резко взрываться сверхновые звёзды, то можно считать, интенсивность такого излучения постоянна и не меняется.
• Солнечные космические лучи. Состоят из протонов, электронов более низких энергий и наиболее интенсивны во времена солнечной активности. Величина излучения не постоянна.
Во время спокойной солнечной активности, космический аппарат, вроде Curiosity получил 97% излучения именно от галактического излучения, и лишь 3% от Солнца.
С теорией разобрались, перейдем к практике.
По оценкам ООН, средние годовые дозы, получаемые людьми во всем мире от естественного фонового излучения, составляют 2,4 мЗв/год, а типичный диапазон этих доз – 1-10 мЗв/г. Таким образом, накопленные дозы от естественного излучения, в течение жизни, могут составить около 100-700 мЗв (на разных континентах и в различных регионах планеты - свои значения). Дозы облучения человека могут считаться низкими, если они сравнимы с уровнями естественного фонового излучения, составляющими, обычно - несколько мЗв в год.
1 Зв (1000 мЗв) - риск появления раковых заболеваний, годами позже. Для человека накопленная радиация в 1 Зиверт повышает риск раковых заболеваний на 5%. Если общий показатель облучения изначально здорового человека не превышает 1 тысячи миллизиверт (предельная норма за время карьеры, общая для всех профессий, которые имеют дело с радиоактивными материалами или активно облучаются радиацией, как во время работы космонавтов на орбите) - его жизнь сократится не более чем на два с половиной — три года. NASA позволяет своим астронавтам за свою карьеру, набирать не более 0,6 Зиверта или повышать вероятность онкологий не больше, чем на 3%. (На самом деле всё зависит от пола и возраста, для молодых и женщин, пределы ниже, а мужиков пенсионеров можно облучать и всё будет ок) страница 7-8
Теперь разберемся с численными показателями. Данные слишком разнятся, так что не принимаем это близко к сердцу.
*MSL/ RAD и DOSIS - научные приборы
На поверхности Человек получает примерно 0.1 мкЗВ/ч. На борту Самолёта в 40 раз больше, а находясь в МКС в 250 раз больше, ну а в космическом путешествии до Марса Человек находясь за тонким корпусом посадочного щита бы получил в 3-4 раза больше радиации, чем на МКС и в 700 с лишнем раз больше, чем на Земле.
Источники абсолютно разные и числа сильно различаются особенно для межпланетных перелетов. И если начать совмещать/переводить то получается бардак, и от всего этого становится больно. Есть статья про MSL/ RAD на инглише, там подробно написано об эксперименте, можете посчитать.
Также Наса выпустила статью, где примерно посчитало различный общий уровень радиации. (Естественно статья без какой-либо методологии, так что делаем допущения, как и всегда)
0,2 мЗВ на уровне моря за год, 3.5 мЗВ в среднем на территории США, 8+ мЗВ разовое КТ брюшной полости, 20 мЗВ – годовой лимит для работников атомной промышленности, 80-160 мЗВ – 6 месяцев на МКС(в зависимости от солн. активности), 320-350 мЗВ – 180-дневный перелет или 500 дней на Марсе.
Отсюда важные выводы: Основным источником защиты от космического излучения являются материалы и вещество. В нашем случае, чудесная атмосфера примерно 100 км толщиной, в которой есть и азот, и кислород, и даже озоновый слой. Атмосфера снижает космическую радиацию в сотни раз.
На втором месте магнитное поле, которое отклоняет огромный поток заряженных частиц и спасает нашу атмосферу от выдувания (Диссипация атмосфер планет). Без него бы озоновый слой разрушился, ультрафиолет сжег органику, вода бы ионизировалась и испарилась, и Земля бы стала похожа на Венеру.
С магнитным полем есть интересная особенность: оно порождает зоны крайне повышенной радиации – пояса Ван-Алена.
Радиационный пояс в первом приближении представляет собой тороид, в котором выделяются две области:
• Внутренний радиационный пояс на высоте ≈ 4000 км, состоящий преимущественно из протонов с энергией в десятки МэВ;
• Внешний радиационный пояс на высоте ≈ 17 000 км, состоящий преимущественно из электронов с энергией в десятки кэВ.
(Можно выделить ещё третий смешанный пояс, но к делу это не относится, так что не будем зацикливаться)
В них лучше не влетать и покидать эти орбиты как можно скорее.
В дополнении к этому разделу Есть ещё такая табличка:
*Estimated – предполагаемая. ISS – мкс.
Итак часть третья – Выводы.
◦ Все данные основаны на замерах радиации научными приборами, без какой-либо радиационной защиты. И даже так без Магнитного поля радиация в космосе всего в 3-4 раза больше, чем на МКС.
С этим можно работать. Ибо даже долгие сроки на МКС существенно не влияют на здоровье космонавтов и астронавтов. На сегодняшний день рекорд принадлежит Сергею Крикалёву, который в общей сложности провел на МКС 803 дня!!!!! Можно сказать, что по срокам и полученной дозе - это было как перелёт до Марса и возможно даже назад. С ним всё хорошо. Жив здоров. Кроме того проводились эксперименты «год на орбите», которые так же не выявили серьезных нарушений.
Почему так произошло?
Доза накапливается в течение длительного времени. При повреждении человеческое тело регенерирует, следовательно никакой лучевой болезни, повреждения органов и тд не бывает. От такого повышается вероятность возникновения рака, но это только вероятность.
◦ Далее. В Космосе 2 вида излучения Солнечное и галактическое. Причем первое вытесняет второе. Если лететь во времена солнечных вспышек, то солнечный ветер будет брать на себя удар галактического излучения, а от него уже достаточно просто защититься. Дело в том, что направлены они только с одной стороны – стороны солнца, и достаточно подставить необитаемую часть корабля, либо зайти в защищенную капсулу, которые поглотят всю энергию частиц, чтобы комфортно пережить вспышку. Схематичное изображение:
◦ С ГКЛ уже сложнее. Летят они ото всюду, энергия очень высокая и они пробивают даже свинцовые листы. Но не всё так плохо. Сейчас испытываются различные материалы, вроде органики, полимеров, новых сплавов, у которых высокий потенциал защиты при низкой массе.
Как оказалось даже плесень способна поглощать радиацию. тык
Лунная Артемида включает в себя исследования радиации. Основная нагрузка – это топливо, оборудование, еда, вода. Люди составляют ничтожную долю. Поэтому сделать пару более защищенных экипажных кораблей не составляет труда. На самом Марсе и Луне у жилищ достаточно сделать внешний корпус из реголитовых блоков, которые будут полностью поглощать всю энергию заряженных частиц. Получится что-то вроде иглу. Дешево и сердито. Есть даже варианты делать блоки изо льда. Ну и не забываем про плесень, куда уж без неё.
В далекой перспективе планируется растопление полюсов и повышение температуры. Высвободившейся СО2 также уменьшит уровень радиации.
◦ Значительную дозу излучения можно хапнуть на отлете с Земли, задев радиационный пояс, поэтому желательно использовать мощные химические движки, либо плазменные с высокой тягой.
◦ Использование плазмы для перелетов позволит ускорить корабли. Они требуют больше энергии, зато меньше топлива. Т.е. можно «на все деньги» просто сильно ускорить корабль, а потом сильно тормозить на подлете, что позволит сократить полеты до 100 дней и даже меньше. В зависимости от расточительности. В будущем, возможно станут доступны полёты через Венеру, и можно будет летать чаще, чем раз в 2 года.
◦ Возрастной и гендерный состав помогут уменьшить негативное влияние. Взрослые мужчины более толерантнее переносят излучение.
◦ Опасное влияние радиации также нивелируется достижениями в медицине. За последние десятилетия диагностика и удаление различных опухолей просто шагнула на невероятно высокий уровень, и темпы только нарастают.
Итого: перелеты до Марса не так страшны. Голый датчик хапнул всего в пару раз больше радиации, чем космонавты на МКС.
Материалы хорошо останавливают даже космические лучи, без всяких генераторов магнитного поля. Надо просто больше исследований. Плазменные типы двигателей уже исследуются, позволят ускорить перелеты. Медицина не стоит на месте и поможет избежать негативных последствий.
В ближайшие 10-15 лет в рамках миссий Артемида будет получен колоссальный объем данных по космической радиации, а значит люди получат знания для борьбы с этим явлением. Кстати первые данные уже будут получены после 1 полёта Ориона при поддержки ЕКА, я об этом сделаю пост.
Так же будет отдельный пост, зачем именно человек нужен на Марсе, и что ему там делать.
Такие дела. Be smart, be improved.
Сравнение излучения радиации от вещей [ИНФОГРАФИКА]
В этом ролике будет показано сравнение излучения радиации от вещей, которые нас окружают(и которые не окружают тоже).
Другая инфографика на Ютуб-канале: https://www.youtube.com/channel/UCIzoYSMuqvlzDNtw5jV6CJg?vie...
Радиация, пост второй. Дозиметрия и приборы
Добрый день, Пикабу.
Для тех, кто не читал первый пост с основами материала об ионизирующем излучении - прошу, можете ознакомиться здесь.
Продолжаю тем временем развивать тему.
Дозиметрия ионизирующего излучения.
Как только человечество узнало про радиоактивный распад и стало тщательно изучать радиоактивные вещества, оно сразу же столкнулось с опасностью и вредом неконтролируемого ионизирующего излучения.
Первооткрыватель радиоактивности, Мария Склодовская-Кюри, стала одной из первых жертв обращения с радиоактивными веществами. Она погибла в 66 лет от вызванной облучением апластической анемии, это недостаточность выработки эритроцитов и гемоглобина, а также общее угнетение выработки всех клеток крови.
Её дочь, Ирен Жолио-Кюри, умерла в 58 лет из-за острой лейкемии, также вызванной облучением.
Для изучения влияния радиации на вещество, как живое, так и неживое, была создана наука дозиметрия. В рамках дозиметрии изучается также то, как зафиксировать и количественно оценить ионизирующее излучение. Радиационная безопасность, пределы доз населения и работников специальных предприятий - всё это тоже дозиметрия.
Как же измерить ионизирующее излучение?
Сначала ликбез про то, что забыл упомянуть в предыдущем посте.
Есть такое понятие, как "доза", поглощенная или, например, эквивалентная. Показывает сколько энергии передано веществу (и каким видом излучения, если это эквивалентная доза).
А вот чтобы понимать, сколько энергии передаётся веществу в единицу времени, используется понятие "мощность дозы". Мощность эквивалентной дозы измеряется, например, в зивертах в секунду. Или в минуту. Или в час. Я у себя на АЭС привык оценивать в микрозивертах в час (мкЗв/ч).
Как же измерить мощность дозы и саму полученную дозу? Есть на то специальные приборы с разными интересными датчиками.
Дозиметр, как и следует из названия, измеряет дозу излучения. Также измеряет мощность дозы излучения.
Современные дозиметры обычно измеряют поглощенную дозу. Для удобства оператора некоторые дозиметры умеют автоматически пересчитывать поглощенную дозу в эквивалентную.
Радиометр измеряет плотность потока излучаемых частиц (альфа и бета в основном). Показывает активность помещенного под датчик материала.
Дозиметр-радиометр это совмещенный прибор, может измерять как дозы излучения, так и подсчитывать активность радиоактивного материала.
Те приборы, которые вы можете купить для личного использования, обычно и есть дозиметры-радиометры. Например, обходи, обходи эту шелупонь РКС-20.03 «Припять» умеет измерять и мощность дозы гамма- и рентгеновского излучения, а также плотность потока бета-излучения.
Или же современный Радиаскан 701А умеет измерять как плотность потока альфа и бета частиц, так и мощность дозы гамма- и рентгеновских лучей.
К слову, такие приборы свободно продаются и стоят относительно недорого. При желании можно даже дешево купить советский армейский ДП-5 и измерять радиацию им, хотя лучше всё же пользоваться современными проверенными (и поверенными) приборами.
Как это всё работает?
Внутри дозиметра/радиометра стоит специальный детектор. Расскажу вам про некоторые из них.
Отдельный класс детекторов - газоразрядные. Ионизационная камера, пропорциональная камера, счетчик Гейгера - в общем смысле регистрируют изменение заряда в закрытом газовом объеме, вызванное ионизацией газа излучением.
Современные бытовые приборы в основном используют вариации счетчика Гейгера. Вот так, например, выглядит самый распространенный в России и недорогой счетчик Гейгера СБМ-20.
Такие или аналогичные датчики стоят в большинстве бытовых приборов. СБМ-20 недорог, при желании можно на его основе собрать собственный дозиметр. В интернете можно найти схему прибора, и если вы обладатель как минимум паяльника и прямых рук - то дерзайте.
А вот так выглядит ионизационная камера, которую использовал Пьер Кюри с 1895 по 1900 годы:
Как видите - ничего необычного и сверхнаучного. Металлическая банка с запорной арматурой для газа и с парочкой выводов для подключения электрической части.
Есть также сцинтилляционные детекторы - в них специальное вещество (сцинтиллятор) "превращает" полученную радиацию в световой поток, который на фотоэлектронном умножителе превращается в ток и усиливается. На выходе токовый сигнал, пропорциональный уровню излучения.
Вот фотография вещества-сцинтиллятора:
А вот так выглядит фотоэлектронный умножитель (ФЭУ), который "собирает" свет со сцинтиллятора и преобразует его в электричество:
Такие штуки используются всё же в специализированных лабораториях, в быту и в полях устройство на основе ФЭУ и сцинтиллятора будет громоздким и неудобным.
Полупроводниковые детекторы по своему принципу аналогичны газоразрядным, только вместо заполненной газом полости там используется объем полупроводника между двумя электродами.
Такие детекторы небольшие, поэтому современные прямопоказывающие дозиметры, которые носит персонал АЭС, обычно используют именно полупроводниковые детекторы для регистрации излучения. Вот такой выдают на моей станции:
Показывает полученную дозу, текущую мощность дозы, умеет устанавливать пределы дозы и мощности дозы, по достижению которых начинает истошно пищать. Вставляется в нагрудный карман и надёжно на нем крепится.
Для постоянного ношения у тех, кто работает с ионизирующим излучением, есть также личные, не прямопоказывающие дозиметры. Это небольшие устройства, которые "запоминают" полученную дозу. Периодически, обычно раз в квартал, эту дозу с прибора считывают и вносят в базу данных для учета.
Я лично ношу вот такую штуку, это термолюминесцентный дозиметр фирмы Harshaw:
Еще в истории дозиметрии есть такие интересные штуки, как пузырьковые камеры, камеры Вильсона, искровые камеры и так далее.
Очень интересно сделаны детекторы нейтронного потока. Нейтроны не имеют электрического заряда, поэтому прямой ионизации вещества не вызывают. Обычными детекторами нейтронное излучение не увидеть.
Для того, чтобы зафиксировать нейтроны, необходим особый детектор. Внутрь датчика ставится определенное вещество (радиатор, или конвертер), которое после взаимодействия с нейтроном даёт вторичное излучение (заряженные частицы или гамма-кванты), которое в дальнейшем и регистрируется стандартным путем.
Про бытовые приборы и детекторы - всё.
Следующим постом будет информация про природное, медицинское и техногенное облучение, и про получаемые при этом дозы. Он даже уже готов, но если выкладывать всё сразу - то получается слишком громоздко.
А пока - новая рубрика, ответы на вопросы, заданные в предыдущих постах.
Вопрос от товарища @Kivell:
Глубина проникновения альфа, бетта и гамма излучения, а также почему все таки свинец является защитным материалом от ионизирующего излучения
Альфа частицы, появившиеся в результате радиационного распада, имеют энергию в пределах от 1,8 до 15 мегаэлектронвольт.
В воздухе (ионизируя воздух и тормозя таким путем) такая частица может пройти путь до остановки примерно в 5-15 сантиметров.
В биологической ткани этот путь составляет сотые и десятые доли миллиметра.
От альфа-излучения обычных энергий, как видно, может защитить и обычная одежда и даже наружный слой кожи.
У бета-частиц, в зависимости от энергии, пробег в воздухе составляет единицы и десятки метров.
В биологическую ткань бета-излучение проникает глубже чем альфа-излучение. Глубина проникновения варьируется от долей миллиметра до единиц и даже десятков миллиметров для высокоэнергетичных частиц.
Таким образом, бета-излучение уже не останавливается одеждой. При работе с бета-излучателями желательно применять дополнительные слои стекла, плексигласа, металла между вами и источником излучения.
Гамма-излучение совсем плохо останавливается (поглощается) материалами.
Существует понятие: "слой половинного ослабления". Оно означает толщину слоя материала, при прохождении через который интенсивность излучения уменьшится в два раза. Чем лучше вещество ослабляет излучение, тем меньше величина этого слоя.
Для определенных энергий гамма-излучения слой половинного ослабления такой:
Для воздуха ~85 метров.
Для свинца ~0.8 сантиметров.
Для стали ~1.3 сантиметра.
Для бетона - от 4 до 7 сантиметров.
Для вольфрама толщина слоя половинного ослабления составляет ~0,33 см, а для обедненного урана ~0.28 см, но оба этих материала весьма и весьма дороги.
Для промышленной защиты от гамма-излучения обычно используются самые эффективные и дешевые материалы - свинец, сталь, бетон.
Для дополнительной защиты при проведении определенных работ применяется листовой свинец. Тяжелый, зараза. Один ты его еле поднимешь, и даже вдвоем еле унесешь.
Вопрос от товарища @prostorspb:
Интересно было бы почитать про радиоактивный распад. Например, чем задаётся (регулируется)период распада? Чем один атом отличается от соседнего, если они распадаются за разный период?Радиоактивный распад ядра - процесс статистический и зависит от внутренних свойств ядра.
Отдельно взятое ядро радиоактивного материала может распасться в любой момент, и никаких закономерностей в его распаде мы зафиксировать не успеем.
Но когда мы наблюдаем какое-то количество ядер одного и того же распадающегося вещества, то по активности и скорости изменения этой активности от всего количества ядер мы можем выяснить свойства этих ядер. Как пример такого свойства - постоянная распада λ, характеризует вероятность распада ядра в единицу времени.
Число еще не распавшихся ядер N(t) связано с начальным количеством ядер N₀ и постоянной распада λ вот таким соотношением:
Соответственно, и период полураспада (время, за которое распадется половина ядер от начального количества) также задается только внутренними свойствами ядра. Как-то повлиять на него или изменить его мы не можем никак.
Часто ошибочно считается, что за два периода полураспада распадётся всё радиоактивное вещество, присутствующее изначально. Это не так.
После первого периода полураспада останется половина от начального количества. После второго - останется половина от половины, то есть одна четвертая часть. После третьего периода полураспада останется одна восьмая от начального количества, и так далее.
Радиация на фотокамеру
Прочитал пост Ответ на пост «Радиоактивная баночка»
Видео без настроек рентгена, поэтому прикладываю видео вместе с ними.
Поиграем в бизнесменов?
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Эксперты назвали смартфоны с самым высоким уровнем излучения
Специалисты компании Statista опубликовали рейтинг смартфонов с самым высоким уровнем электромагнитного излучения.
Согласно заключению экспертов, возглавляет список модель 2017 года Xiaomi Mi A1 с уровнем излучения 1,75 ватта на килограмм. Вторую строчку занял OnePlus 5T с 1,68 ватта на килограмм. Третий в списке – Xiaomi Mi Max 3 с1,58 ватта на килограмм.
Ниже таблица с наименьшим уровнем излучения