Кравців Р.Й., Салата В.З., Семанюк В. І., Фреюк Д.В., Ярошович І. Г. Ветеринарна радіологія

Подождите немного. Документ загружается.

Ветеринарна радіологія

При напругах, вищих ніж 10-15 кВ, одночасно з гальмівним

суцільним спектром виникає лінійчатий спектр характеристич-

ного рентгенівського випромінювання. Причина виникнення

спек тральних рентгенівських ліній полягає в тому, що при висо-

ких енергіях руху електронів вони здатні вибивати електрони з

внутрішніх оболонок атома антикатода. При наступній перебудо-

ві електронних орбіт атома виникає характеристичне рентгенівсь-

ке випромінювання, як у випадку K-захоплення. Енергія характе-

ристичного рентгенівського випромінювання строго відповідає

різним елементам, а тому є різною для рентгенівських трубок з

різними антикатодами.

Закон радіоактивного розпаду

У чому сутність закону радіоактивного розпаду

і як він виражається математично?

Інтенсивність випромінювання радіоактивної речовини з ча-

сом зменшується. Із загальної кількості радіоактивних ядер од-

ні розпадаються скоріше, інші – пізніше, тому наперед неможли-

во передбачити, коли та в який саме час розпадеться дане ядро.

Швидкість розпаду визначається будовою ядра і тому неможливо

вплинути на цей процес ніякими фізичними або хімічними спо-

собами. Для кожного радіоактивного ізотопу середня швидкість

розпаду його ядер стала і характерна лише для нього.

Закон радіоактивного розпаду полягає в тому, що за одини-

цю часу розпадається одна і та ж частина від загальної кількості

наявних ядер. Математично закон радіоактивного розпаду вира-

жається рівнянням:

= N

· e

-λt

де N

– кількість атомних ядер, які ще не розпалися після часу t;

– початкова кількість атомних ядер в момент часу t=0 (N

);

е – основа натуральних логарифмів (е = 2,72);

- стала радіоактивного розпаду;

t – проміжок часу рівний (t-t

), а знак «мінус» показує, що кіль-

кість радіоактивних ядер, які ще не розпалися, з часом зменшується.

Стала розпаду λ є різною для різних радіоактивних елемен-

тів і дорівнює відносному зменшенню числа ядер радіоактивного

елемента за одиницю часу.

З формули видно, що повний розпад радіоактивного пре-

парату (N = 0) в принципі проходить за нескінченно довгий час

→∞). Тому швидкість розпаду характеризується не повним ча-

сом розпаду t, а часом піврозпаду, який називають ще періодом

піврозпаду.

Період піврозпаду T – це час, протягом якого розпадається по-

ловина радіоактивних ядер. Підставивши у формулу закону раді-

оактивного розпаду значення t = T , і

, дістанемо зв’язок між

λ і T:

—

T =

ln2

0,693

λ λ

або

λ =

0,693

Замінивши

λ у формулі закону радіоактивного розпаду, одер-

жимо таке математичне рівняння:

= N

· e

0,693t

Таким чином, кількість ядер радіоактивного елементу змен-

шується з часом за експоненціальним законом.

Графічно закон радіоактивного розпаду виражається експо-

ненціальною кривою (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Крива радіоактивного розпаду.

Число радіоактивних ядер

Фізико-хімічні основи радіології

Час

–

Ветеринарна радіологія

Як видно з рисунку 2.11, із збільшенням числа періодів пів-

розпаду число атомів, що не розпалися, зменшується, поступово

наближуючись до нуля.

В кінці зауважимо, що розпад радіоактивних ядер відбува-

ється нерівномірно – то більшими, то меншими порціями. З цього

випливає практичний висновок: при одному і тому ж часі підра-

хунку можна одержати різні значення кількості розпадів радіоак-

тивної речовини. Тому для одержання достовірних даних потріб-

но одну пробу вимірювати не один, а декілька разів.

Радіоактивність ядер не пов’язана зі станом електронної обо-

лонки атома. Це означає, що період піврозпаду T не залежить від

того, чи радіоактивні ізотопи перебувають у вільному стані, чи

входять до складу молекул.

Для різних радіоактивних ядер T змінюється в широких ме-

жах – від 10

-7

с до 10

років.

Ядерні реакції. Штучна радіоактивність

У чому сутність ядерної реакції та її значення

у виникненні штучної радіоактивності?

Вивчення природної радіоактивності показало, що перетво-

рення одного хімічного елемента в інший зумовлене внутріш-

ньоядерними процесами. У зв’язку із цим були зроблені досліди

штучного перетворення одних хімічних елементів в інші шляхом

бомбардування атомних ядер. Ефективним засобом поділу вияви-

лось бомбардування атомних ядер частинками з великою енергією

(від декількох мільйонів до десятків мільярдів електронвольтів).

Спочатку як бомбардуючі частинки використовувались a-ча-

стинки. В подальшому стали застосовувати й інші заряджені ча-

стинки, попередньо надавши їм великої швидкості (кінетичної

енергії) у спеціальних прискорювачах. Крім цього, в наш час ви-

користовують ще потоки незаряджених частинок.

Процес перетворення атомних ядер, зумовлений дією на них

швидких елементарних частинок, називають ядерною реакцією.

Перша штучна ядерна реакція була здійснена в 1919 році Ре-

зерфордом, при ній атомні ядра азоту були перетворені в атомні

ядра ізотопу кисню; бомбардуючими частинками були альфа-ча-

стинки природного радіоактивного джерела. Реакція проводилась

у камері Вільсона, заповненій азотом. Після альфа-опромінення

азоту в робочому об’ємі камери з’явились атоми ізотопу кисню й

атомні ядра водню, тобто протони.

Всі ядерні реакції супроводжуються випусканням тих чи ін-

ших елементарних частинок (в тому числі і гамма-променів). Про-

дукти багатьох ядерних реакцій є радіоактивними; їх називають

штучними радіоактивними ізотопами.

Як природним, так і штучним радіоактивним ізотопам вла-

стиві

α- і β-розпади.

У промисловості штучні радіоактивні ізотопи одержують

шляхом опромінення (головними чином нейтронами) відповід-

них хімічних елементів у ядерному реакторі. Досі одержано по де-

кілька ізотопів для кожного хімічного елементу; їх загальна кіль-

кість перевищує 15 тисяч. Багато з них широко застосовуються як

мічені атоми в найрізноманітніших галузях науки і техніки.

Радіаційний фон

Що представляє собою радіаційний фон і яка його природа?

На Землі радіаційний фон зумовлюється наявністю іонізую-

чого випромінювання, яке можна поділити на три групи.

До першої групи належить випромінювання, зумовлене кос-

мічними променями. Космічне випромінювання поділяється на

первинне і вторинне. Первинне космічне випромінювання являє со-

бою потік атомних ядер (переважно протонів та

α-частинок), які

влітають на величезних швидкостях у земну атмосферу з косміч-

ного простору. Взаємодія первинного космічного випромінюван-

ня з ядрами атомів повітря приводить до утворення нових ядер і

різних елементарних частинок, потік яких носить назву вторин-

ного космічного випромінювання. Вторинне космічне випроміню-

вання складне і містить практично усі відомі нині елементарні

частинки. Максимальна інтенсивність вторинного космічного ви-

промінювання спостерігається на висоті 20-25 км над рівнем мо-

Фізико-хімічні основи радіології

Ветеринарна радіологія

ря. На висоті близько 45 км переважає первинне космічне випро-

мінювання.

До другої групи належить випромінювання природних раді-

онуклідів, які містяться в земних породах, ґрунті, воді, повітрі, в

організмах рослин і тварин, а також людей. Іонізуюче випроміню-

вання цих двох груп і зумовлює наявність природного радіаційно-

го фону.

До третьої групи належить випромінювання штучних раді-

онуклідів, які утворились внаслідок аварій на атомних електро-

станціях, випробувань ядерної зброї і випали на поверхню землі,

а також радіонуклідів, які використовуються в біології, медицині,

сільському господарстві.

Крім природного радіаційного фону, розрізняють так званий

технологічно змінений природний радіаційний фон. Причинами змі-

ни фону можуть бути, наприклад, викиди теплових електростан-

цій, які працюють на викопному паливі (вугіллі, нафті, природно-

му газі), в якому містяться природні радіонукліди; польоти літаків;

використання природного газу для приготування їжі чи обігріван-

ня приміщень. Іноді такі технологічні процеси можуть зменшувати

дозу випромінювання, зумовлену при родним радіаційним фоном.

Наприклад, при очищенні води відкритих водоймищ, призначеної

для централізованого водопостачання, помітно зменшується кон-

центрація у ній радію, урану та інших природних, а також штуч-

них радіо нуклідів. При спалюванні природного викопного палива

утворюється велика кількість СО

, який розбавляє

С, що містить-

ся в атмосфері, а це, у свою чергу, приводить до зменшення вну-

трішнього опромінення радіоактивним вуг лецем.

Усі ці джерела за певних умов значною мірою можуть впли-

вати на організм людини й тварин шляхом як зовніш нього, так і

внутрішнього опромінення.

Отже, сума природних і техногенних внутрішніх та зовніш-

ніх джерел іонізуючого випромінювання зумовлює радіацій ний

фон.

Природний радіаційний фон для населення України до аварії

на Чорнобильській АЕС складав 1 мЗв/рік. Для порівняння жи-

телі південно-східної частини США за рахунок природного фону

одержують близько 7,5 мЗв/рік, а населення півострова Корнуела,

що на півдні Великобританії – майже 10 мЗв/рік. Для жителів рів-

нин Східної Європи типова (характерна) доза природного радіа-

ційного фону біля 1 мЗв/рік. Приблизно стільки ж додає природ-

ний радіоактивний газ – радон, що знаходиться у приміщенні. В

місцевостях, де багато гранітних порід, високо в горах і на курор-

тах з радоновими джерелами, дози можуть бути суттєво вищи-

ми від природного фону. А є й такі місця на Земній кулі, де люди

живуть при такому природному фоні, який багаторазово переви-

щує рівнинний до мЗв (декілька бер) на рік. Проте у жодній із цих

місцевостей лікарі не виявляють негативних наслідків підвищено-

го природного радіаційного фону. За багатовікове існування біль-

шість живих організмів адаптувались до природної радіоактив-

ності, яка не чинить на них згубного впливу.

До зовнішніх джерел природного фону належать кос мічне ви-

промінювання і випромінювання природних радіо нуклідів, розсі-

яних у ґрунті, повітрі, воді, будівельних та інших матеріалах (

Н,

Be,

Ве,

С,

К,

232

,

226

Ra, уран та продукти його поділу).

До внутрішніх джерел природного фону належать

Н,

С,

226

Ra, які містяться в самому організмі та потрап ляють у нього з

їжею, водою та повітрям.

Ці зовнішні та внутрішні джерела, серед яких основним є

і меншою мірою

226

Ra, діючи безперервно, створюють в організмі

певну поглинуту дозу. Для людини ця доза ста новить на рік (річ-

на доза) в середньому 0,0012 Гр (0,12 рад) на гонади та 0,0013 Гр

(0,13 рад) на скелет і вважається без печною. Крім опромінення від

природних радіоактивних джерел, всі живі істоти зазнають впли-

ву випромінювання від штучних радіонуклідів.

Методи і засоби захисту від іонізуючих випромінювань

Які існують методи захисту від іонізуючого випромінювання?

Розрізняють чотири методи (фактори) захисту від іонізуючо-

го випромінювання:

• Захист часом. Чим менший час контакту з джерелом іонізуючо-

го випромінювання, тим менша доза опромінення отримана.

• Захист відстанню. Чим далі від джерела іонізуючого випромі-

Фізико-хімічні основи радіології

Ветеринарна радіологія

нювання, тим менша отримана доза. Залежність обернено ква-

дратична, тому що від джерела промені йдуть радіально і роз-

поділяються по сфері, площа якої πR

. Таким чином, щільність

потоку буде зменшуватися пропорційно до квадрату відстані.

Використовують прилади дистанційного управління.

• Захист екранами. їх виготовляють зі щільних високоатомних

матеріалів (цегла, бетон, баритобетон). Якщо потрібен ком-

пактний захист, використовується свинець чи більш високо-

атомний матеріал (в γ-терапевтичних апаратах). Інколи ви-

користовуються простіші матеріали. Наприклад, окуляри для

захисту від β-променів виготовляють із органічного скла, а не

із просвинцьованого скла, тому що β-частки будуть гальмува-

тись та утворювати Х-промені, які мають більшу проникність.

Тобто для різних видів випромінювання використовуються

різні екрани. Альфа-промені може затримати тонкий бар’єр,

наприклад, аркуш паперу; високоенергетичні бета-промені не

можуть пройти крізь долоню людини, також їх може затрима-

ти пластинка алюмінію товщиною декілька мм; гамма-промені

здатні проникати глибоко в речовину або проходити крізь тов-

сті бар’єри. Нейтрони краще поглинаються низькоатомними

екранами – водою, парафіном (рис. 2.12).

• Захист кількістю. Чим із меншою потужністю джерела або

кількість РФП (радіо-фармацевтичні препарати) працює

персонал, тим меншою буде доза опромінення. Обов’язково

ми захищаємо від опромінення і хворого (чим менше вико-

ристовуємо радіоактивного препарату для діагностики, тим

краще як для хворого, так і для персоналу, для оточення).

У рентген-апараті використовується електронно-оптичний

підсилювач. Щоби зображення було достатньо яскравим

при меншому потоці променів, а доза на хворого і лікаря бу-

ла меншою, на рентген-трубку підводять струм не 3-4 мА, а

0,3-0,4 мА і використовують електронно-оптичні підсилю-

вачі. Особливо важливо це при медичних профілактичних

оглядах.

Рис. 2.12. Проникаюча здатність різних видів

іонізуючого випромінювання.

Які бувають засоби захисту від іонізуючого випромінювання?

Засоби захисту від іонізуючого випромінювання бувають:

• Колективні (стіни приміщень, вентиляція, ширми).

• Індивідуальні (окуляри, щиток для захисту обличчя, паль-

чатки, фартух із просвинцьованої гуми, пластикові бахіли, маски,

скафандри).

Основні санітарні правила роботи з джерелами іонізуючих

ви промінювань в Україні (ОСПУ-2005)

На які об’єкти поширюється дія ОСПУ-2005?

Дія ОСПУ поширюється на всі підприємства й установи, де

виробляються, переробляються, застосовуються, зберігаються,

знезаражуються і транспортуються штучні й природні радіоак-

тивні речовини та інші джерела іонізуючих випромінювань.

Які розділи включає ОСПУ-2005?

Основні санітарні правила роботи з джерелами іонізуючих

ви промінювань в Україні включають:

1. Загальні положення.

2. Розміщення установ, в яких передбачається робота з дже-

релами іонізуючих випромінювань.

Фізико-хімічні основи радіології

Ветеринарна радіологія

• Вимоги до земельних ділянок, будівельних майданчиків.

• Вимоги до санітарно-захисної зони, яка обов’язково перед-

бачається в цих установах.

3. Організація робіт із застосуванням джерел іонізуючих випро-

мінювань.

• Проведення робіт і зберігання джерел іонізуючих випромі-

нювань дозволяється тільки після дозволу спеціальної комі-

сії та видачі санітарного паспорта.

• Визначаються особи, які будуть працювати з джерелами

іонізуючих випромінювань, і вони відносяться до категорії А.

4. Отримання, облік, зберігання, перевезення джерел іонізую-

чих випромінювань.

• Поставка джерел іонізуючих випромінювань здійснюєть-

ся тільки на вимогу установи, після узгодження з органами

внутрішніх справ.

• Зберігаються джерела іонізуючих випромінювань у спеці-

альних сховищах із суворим обліком їх використання.

5. Робота із закритими джерелами іонізуючих випромінювань.

• Регламентація роботи із закритими джерелами іонізуючих

випромінювань.

6. Робота з відкритими джерелами іонізуючих випромінювань.

• Регламентація роботи з відкритими джерелами іонізуючих

випромінювань.

7. Вентиляція, пилогазоочистка та опалення при роботі з відкри-

тими радіонуклідними джерелами.

8. Водопостачання та каналізація.

9. Збирання, видалення та знезараження твердих та рідких радіо-

активних відходів.

10. Підтримка і дезактивація робочих приміщень та обладнання.

11. Заходи індивідуального захисту та особистої гігієни.

12. Санпропускники і шлюзи.

13. Радіаційно-дозиметричний контроль.

14. Попередження радіаційних аварій та ліквідація їх наслідків.

Дозиметрія іонізуючих випромінювань

Обов’язковою умовою дотримання правил радіаційної безпе-

ки є реєстрація і точний кількісний облік величин, що характери-

зують взаємодію іонізуючих випромінювань з речовиною, в тому

числі й біологічною.

Що представляє собою дозиметрія?

Дозиметрія – це визначення кількості та якості іонізуючих

випромінювань. За допомогою дозиметрії вирішують два прин-

ципові питання:

1. Пошук джерела випромінювання, визначення його виду,

кіль кості та енергії.

2. Визначення ступеня впливу випромінювання на опро мі-

нюва ний об’єкт.

Що представляє собою явище радіоактивності?

Явище радіоактивності – це здатність ядер атомів хімічних

елементів самочинно перетворюватися на ядра атомів інших хі-

мічних елементів з виділенням енергії у вигляді іонізуючих ви-

промінювань.

Які речовини називають природно і штучно радіоактивними?

Природними радіонуклідами називаються нукліди, які існують

у природі, штучними – ті, що набули цієї властивості штучно. Штуч-

ні радіоактивні нукліди добувають бомбардуванням ядер стабільних

нуклідів нейтронами, протонами,

α-частинками, а також продуктів

поділу ядер урану або плутонію в ядерних реакторах.

Які прилади та методи використовують для вимірювання радіоактивності?

Для вимірювання дози і радіоактивності використовуються

різні прилади та методи (табл. 2.4 та 2.5).

Розрізняють:

а) дозиметри – для вимірювання доз, потужності доз у пря-

мому струмені і за екраном (розсіяне випромінювання);

Фізико-хімічні основи радіології