РАДИОАКТИВНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРОДОВОЛЬСТВЕННОГО СЫРЬЯ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАДИОАКТИВНОСТИ

Как известно, атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. В состав ядра входят положительно заряженные протоны и нейтральные нейтроны, которые вместе называются нуклонами. Протоны и нейтроны имеют приблизительно одинаковую массу, которая в 1840 раз превышает массу электрона, поэтому масса атома определяется в основном массой нуклонов. Количество нуклонов в ядре характеризуется массовым числом А.

Нуклиды — разновидности атомов с определенным массовым числом и атомным номером. Например, нуклид стронция — jgSr, где 90 — массовое число, 38 — атомный номер.

Изотопы — атомы одного и того же элемента, имеющие разные массовые числа.

Радионуклиды (лат. radiare — излучать + nucleus — ядро) — радиоактивные атомы с данным массовым числом и атомным номером.

Свободные радикалы — частицы с неспаренными электронами на внешних атомных и молекулярных орбитах. Обладают высокой реакционной способностью.

Радиоактивность — самопроизвольный распад атомных ядер некоторых элементов, приводящий к изменению их атомного номера и массового числа. Радиоактивный распад не может быть остановлен или ускорен, он осуществляется со строго определенной скоростью, измеряемой периодом полураспада — временем, в течение которого распадается половина всех атомов. Распад радиоактивных элементов сопровождается потоками ионизирующих излучений, каждое из которых характеризуется своими физико-химическими свойствами. Альфа(а)-излучение (а-распад) представляет собой поток положительно заряженных частиц — атомов гелия Не, движущихся со скоростью около 10 000 км/с; вследствие наличия положительного заряда а-частицы отклоняются электрическими и магнитными полями (к северному полюсу). Бета($)-излучение — это поток электронов, движущихся со скоростью, близкой к скорости света, — до 300 000 км/с; вследствие наличия отрицательного заряда электроны отклоняются электрическими и магнитными полями (к южному полюсу). Гамма(у)~излучение — коротковолновое электромагнитное излучение (длина волны — около 10—12 м), близкое по свойствам к рентгеновскому; ведет себя подобно потоку у-частиц (у-квантов, или фотонов), движущихся со скоростью света; в электрических и магнитных полях не отклоняется; обладает высокой энергией — от нескольких тысяч до нескольких миллионов электронвольт.

Период полураспада — время, в течение которого радиоактивность вещества в среднем уменьшается вдвое. Период распада различных радионуклидов колеблется от долей секунды до миллионов лет.

Ионизация. Описанные выше ионизирующие излучения обладают способностью проходить через различные вещества живой и неживой природы, возбуждая при этом их атомы и молекулы. Такое возбуждение заканчивается вырыванием отдельных электронов из электронных оболочек нейтрального атома, который превращается в положительно заряженный ион. Так происходит первичная ионизация объекта воздействия излучений. Освобожденные электроны, обладая определенной энергией, взаимодействуют со встречными атомами и молекулами, создавая новые ионы, — происходит вторичная ионизация.

Единицы измерения радиоактивности

В системе СИ единицей измерения радиоактивности служит бек- керель (Бк) — одно ядерное превращение в секунду. Внесистемная единица активности — кюри (Ки), равный активности нуклида, в котором происходит 3,7 • 10¹⁰ актов распада в одну секунду.

Доза излучения характеризует величину поглощенной энергии излучения, за единицу которой принимают грей (или грэй). Грей — положительная доза излучения, переданная массе излучаемого вещества в 1 кг и измеряемая энергией в 1 Дж любого ионизирующего излучения (1 Гр = 1 Дж/кг).

Внесистемной единицей является рад — поглощенная доза, при которой количество поглощенной энергии в 1 г любого вещества составляет 100 эрг (эрг — единица энергии в системе СГСЕ, 1 эрг = = 10^-7 Дж) независимо от вида и энергии излучения.

Под мощностью поглощенной дозы следует понимать приращение дозы в единицу времени.

Таблица 24

Характеристика основных системных и внесистемных единиц

Окончание табл. 24

Экспозиционная доза рентгеновского и у-излучения — количественная характеристика рентгеновского и у-излучения, основанная на ионизирующем действии. Выражается суммарным электрическим зарядом ионов, образованных в единице объема воздуха. За единицу экспозиционной дозы принят кулон на килограмм, 1 Кл/кг — такая экспозиционная доза, при которой сопряженная с этим излучением корпускулярная эмиссия на 1 кг сухого атмосферного воздуха производит в воздухе ионы, несущие заряд в 1 Кл электричества каждого знака.

Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и у-излучения является рентген (Р). Рентген — единица экспозиционной дозы фотонного излучения, при прохождении которого через 0,001293 г воздуха создаются ионы, несущие одну электростатическую единицу количества электричества (0,001293 г — масса 1 см³ сухого атмосферного воздуха).

Поглощенная и экспозиционная дозы излучений, отнесенные к единице времени, называются мощностью поглощенной и экспозиционной доз.

Единицы измерения радиоактивности представлены в табл. 24.

Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом

Взаимодействие а-частиц. а-частицы обладают большой ионизирующей и малой проникающей способностью, они в 7300 раз тяжелее Р-частиц. Известно около 40 естественных и более 200 искусственных a-активных ядер. а-Распад характерен для тяжелых элементов: урана, тория, полония, плутония и др. Пробег а-частиц в воздухе не превышает 11 см, в пищевых продуктах еще меньше, в мягких тканях человека измеряется микронами. При внешнем облучении а-частицы не представляют особой опасности для человека, однако при попадании в организм с пищей они становятся чрезвычайно опасными, приводят к лучевому поражению органов и тканей.

Взаимодействие р-частиц. Ионизирующая способность их меньше, чем у а-частиц, однако могут пройти слой алюминия до 5 мм. Более толстый слой алюминия может быть защитой от Р-излучения.

р-Распад включает следующие виды:

1. Поток электронов и протонов (общее название — Р-частицы), которые испускаются при p-распаде радиоактивных изотопов. При этом нейтрон превращается в протон, заряд ядра и его порядковый номер увеличиваются на единицу.

Примером электронного p-распада может быть ⁹⁰Sr, для ядра которого характерно избыточное число нейтронов:

• 2. Электронный захват — распад ядер, при котором ядро захватывает один из электронов электронной оболочки. Следствием этого является превращение одного из протонов в нейтрон — заряд ядра уменьшается на единицу; массовое число не изменяется.
• 3. Позитронный (3-распад. Протон превращается в нейтрон, что приводит к образованию и выбросу из ядра позитрона (античастицы электрона; е⁺). Заряд ядра и его порядковый номер уменьшаются на единицу. Позитронный (3-распад характерен для неустойчивых ядер с избыточным числом протонов. В качестве примера можно привести распад радионуклида натрия:

Взаимодействие у-излучения. Ионизирующая способность у-из- лучения значительно меньше, чем а- и (3-частиц, однако это излучение обладает большой проникающей способностью. Защитой от у-излучения являются материалы с высокой удельной массой — бетон, свинец и т.д. Характер взаимодействия с веществом зависит от природы вещества, величины энергии излучения. Последняя определяется частотой и длиной волны излучения.

Взаимодействие нейтронов. Нейтроны (частицы, не имеющие заряда) обладают высокой проникающей способностью, превращают атомы стабильных элементов в радиоактивные изотопы, что увеличивает опасность нейтронного излучения.

Возможны два вида взаимодействия нейтронов с веществом:

• • соударение нейтронов с ядрами вещества сопровождается упругим и неупругим рассеиванием нейтронов;
• • ядерные реакции различных типов с делением тяжелых ядер.

Преобладание того или иного вида взаимодействия зависит от

энергии нейтронов. По уровню энергии нейтроны бывают:

холодные — энергия менее 0,025 эВ;

тепловые — 0,025—0,05 эВ. Холодные и тепловые нейтроны характеризуются реакцией их захвата веществом;

промежуточные — 0,025—0,050 кэВ. С веществом взаимодействуют по типу упругого рассеивания;

быстрые — 0,2—20 МэВ. Для таких нейтронов характерно как упругое, так и неупругое рассеивание, а также возникновение ядерных реакций;

сверхбыстрые — 20—300 МэВ. Взаимодействие с веществом сопровождается ядерными реакциями с вылетом большого числа частиц.

Защитные свойства материалов от нейтронного излучения определяются их замедляющей и поглощающей способностью, степенью активизации. Установлено, что быстрые нейтроны эффективно замедляются веществами с небольшой молекулярной массой (парафин, вода, бетон, пластмассы); тепловые нейтроны — веществами, обладающими большим сечением захвата: материалами с бором и кадмием (борная сталь, борный графит, сплав кадмия со свинцом и др.).