Космическое излучение

Источники ионизирующих излучений в биосфере.

Земля непрерывно бомбардируется заряженными частицами из межзвездного пространства. Космическое излучение состоит из трех независимых составляющих:

1. Излучение, идущее к нам из глубин космоса, простирающихся за пределы солнечной системы. Состоит из протонов на ~ 90 %, альфа-частиц ~ 10 %, и ядер тяжёлых элементов ~ 1 %, (например, ядер железа), движущихся с большой скоростью. Энергия тяжёлых частиц огромна – они могут легко проникать сквозь обшивку космического корабля и проходить сквозь тело человека. При космических полетах поглощенная доза (ПД) может изменяться в пределах (1,5÷5,0) · 10^-4 Гр/сут [3]. Её величина зависит от высоты, времени полета и его продолжительности. Эти высокоэнергетические тяжелые частицы не представляют опасности для живущих на Земле. Большая часть из них отклоняется под влиянием геомагнитного поля Земли. Остальные частицы должны пройти через атмосферу, где они замедляются в результате многократных столкновений с другими атомами и молекулами газов воздуха. Не будь этих причин, уровень радиации на поверхности Земли был бы гораздо выше, чем есть на самом деле, и жизнь в таких условиях и в сложившихся формах была бы невозможна.

2. Заряженные частицы, образующие, циркулирующие вокруг Земли, слои. Магнитное поле задерживает огромное число заряженных частиц и заставляет их двигаться по замкнутым траекториям от полюса к полюсу в разных направлениях. Эти радиационные пояса очень мощные. Мощность дозы растет по мере увеличения высоты приблизительно до 11 км, а затем становится постоянной. Радиационные пояса представляют опасность для космонавтов.

Космический поток, достигающий поверхности Земли, неравномерен. Мощность дозы от космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и широты. Уровень облучения возрастает с высотой, поскольку уменьшается плотность атмосферы и вследствие этого уменьшаются её защитные свойства от потока высокоэнергетичных частиц. Северный и Южный полюсы облучаются сильнее, чем экватор. Последнее связано с экранирующим действием магнитного поля Земли, которое отбрасывает значительную часть космического излучения к полюсам.

Таблица 2

Мощность эквивалентной дозы космического излучения в зависимости от высоты над уровнем моря и широты, мЗв/год [4]

Высота, км	Широта места, градусы
Экватор
	0,30	-	-
	0,60	0,70	0,90
	1,00	1,30	1,70
	1,70	2,20	3,00
	2,60	3,60	5,00
	4,00	5,80	8,00
	14,0	23,0	45,0
	30,0	50,0	110,0
	35,0	60,0	140,0

Г. Екатеринбург расположен ≈56° с.ш. на высоте 250–280 м над уровнем моря.

3. Непредсказуемые мощные потоки радиации, идущие от Солнца, т.е. потоки, сопровождающие солнечные ядерно-физические процессы. Солнечные вспышки развиваются быстро, в считанные минуты, поэтому их невозможно предсказать, за исключением того, что они более или менее регулярно повторяются через 11 лет. Экипажи космических кораблей при орбитальных полетах подвергаются облучению частицами первичного космического излучения и излучения, возникающего при солнечных вспышках. При этом доза может достигать значений нескольких сотен зивертов за вспышку, что заставляет предусматривать на этот случай в конструкции космических аппаратов специального защитного отсека для размещения экипажа. Поэтому длительные космические полёты проводят в периоды наименьшей солнечной активности.

Воздействию космического излучения мы подвергаемся непрерывно, избежать его невозможно, особенно это касается всех пассажиров реактивных авиалайнеров. Например, при перелете из Европы в Америку пассажир обычного турбореактивного самолета в трехчасовом полете получает дозу около 50 мкЗв.

Радиоактивные вещества (радионуклиды)

Что такое радионуклид? Вспомним, что представляет собой атом: ядро и электроны, движущиеся по орбиталям. Заряд электронов нейтрализует заряд ядра, поэтому атом является электронейтральным. Ядро состоит из нуклонов, т.е. нейтронов и протонов. Заряд ядра равен числу протонов и атомному номеру химического элемента в периодической системе элементов Менделеева, масса ядра практически равна массе атома (масса электронов вносит незначительный вклад). Химические свойства элементов определяются числом внешних электронов, масса ядра не влияет на химические свойства. В природе существуют элементы, состоящие из атомов с разными атомными массами, но одинаковым атомным номером. Эти атомы являются изотопами одного и того же элемента, у них одинаковое число протонов в ядре и разное число нейтронов. Химические свойства изотопов одного элемента одинаковы. Некоторые изотопы являются нестабильными, поэтому подвержены радиоактивному распаду, т.е. один радионуклид превращается в другой, и при этом испускается ядерное излучение. Радиоактивность – самопроизвольное превращение ядер, сопровождающееся испусканием частиц и (или) фотонов. Мерой радиоактивности вещества является активность (А):

A = l N,

где N – количеством радиоактивных ядер,

l – константа радиоактивного распада, с^-1.

l = ln 2/ T _1/2

Активность радионуклида в источнике м ожно рассматривать как меру скорости ядерных превращений: отношение числа спонтанных ядерных превращений радионуклида dN, происходящих в данном источнике за интервал времени dt, к этому интервалу.

A = dN/dt.

Единицы измерения активности: в международной системе единиц (СИ) единицей абсолютной активности является “беккерель” (в честь Анри Беккереля, открывшего явление радиоактивности), внесистемная единица – “кюри”.

1 Бк = 1 распад/с – активность такого количества вещества, в котором за 1 секунду происходит 1 распад.

1 Kи = 3,7 × 10¹⁰ Бк.

T _1/2 – период полураспада – отрезок времени, за который активность данного радионуклида уменьшается в два раза.

Дата добавления: 2014-01-04