Le radiazioni radioattive sono un potente effetto sul corpo umano, in grado di provocare processi irreversibili che portano a tragiche conseguenze. A seconda della potenza, vari tipi di radiazioni radioattive possono causare gravi malattie o, al contrario, guarire una persona. Alcuni di essi sono utilizzati per scopi diagnostici. In altre parole, tutto dipende dalla controllabilità del processo, ad es. la sua intensità e durata di esposizione ai tessuti biologici.

L'essenza del fenomeno

Nel caso generale, il concetto di radiazione significa il rilascio di particelle e la loro propagazione sotto forma di onde. La radioattività implica il decadimento spontaneo dei nuclei degli atomi di determinate sostanze con la comparsa di un flusso di particelle cariche di alta potenza. Le sostanze capaci di un tale fenomeno sono chiamate radionuclidi.

Allora, cos'è la radiazione radioattiva? Di solito, con questo termine, vengono annotate sia le emissioni radioattive che quelle di radiazioni. Al suo interno, questo è un flusso diretto di particelle elementari di potenza significativa, che causa la ionizzazione di qualsiasi mezzo che si metta sulla loro strada: aria, liquidi, metalli, minerali e altre sostanze, nonché tessuti biologici. La ionizzazione di qualsiasi materiale porta a un cambiamento nella sua struttura e nelle sue proprietà di base. Tessuti biologici, incl. del corpo umano, subiscono trasformazioni incompatibili con la loro attività vitale.

Diversi tipi di radiazioni radioattive hanno diverse capacità di penetrazione e ionizzazione. Le proprietà dannose dipendono dalle seguenti caratteristiche di base dei radionuclidi: tipo di radiazione, potenza di flusso, emivita. La capacità ionizzante è stimata dall'indicatore specifico: il numero di ioni della sostanza ionizzata, formati a una distanza di 10 mm lungo il percorso di penetrazione della radiazione.

Impatto negativo su una persona

L'esposizione alle radiazioni di una persona porta a cambiamenti strutturali nei tessuti del corpo. Come risultato della ionizzazione, in essi compaiono i radicali liberi, che sono molecole chimicamente attive che danneggiano e uccidono le cellule. I primi e più gravemente colpiti sono i sistemi gastrointestinale, genitourinario ed ematopoietico. Ci sono sintomi pronunciati della loro disfunzione: nausea e vomito, febbre, feci alterate.

Abbastanza tipica è una cataratta da radiazioni causata dall'esposizione alle radiazioni sui tessuti oculari. Ci sono altre gravi conseguenze dell'esposizione alle radiazioni: sclerosi vascolare, una forte diminuzione dell'immunità, problemi ematogeni. Di particolare pericolo è il danno al meccanismo genetico. I radicali attivi emergenti sono in grado di modificare la struttura del principale vettore di informazioni genetiche: il DNA. Tali disturbi possono portare a mutazioni imprevedibili che colpiscono le generazioni future.

Il grado di danno al corpo umano dipende da quali tipi di radiazioni radioattive hanno avuto luogo, qual è l'intensità e la suscettibilità individuale del corpo. L'indicatore principale è la dose di radiazioni, che mostra quanta radiazione è entrata nel corpo. È stato stabilito che una singola dose elevata è molto più pericolosa dell'accumulo di tale dose durante l'esposizione prolungata a radiazioni a bassa potenza. La quantità di radiazione assorbita dal corpo è misurata in everts (Ev).

Qualsiasi ambiente di vita ha un certo livello di radiazione. La radiazione di fondo è considerata normale non superiore a 0,18-0,2 meV / ho 20 microroentgens. Il livello critico che porta alla morte è stimato in 5,5-6,5 Ev.

Varietà di radiazioni

Come notato, le radiazioni radioattive e i suoi tipi possono influenzare il corpo umano in modi diversi. Si possono distinguere i seguenti tipi principali di radiazioni.

Radiazioni di tipo corpuscolare, che sono flussi di particelle:

1. Radiazione alfa. Questo è un flusso composto da particelle alfa, che hanno un enorme potere ionizzante, ma la profondità di penetrazione è piccola. Anche un pezzo di carta spessa può fermare tali particelle. L'abbigliamento umano svolge efficacemente il ruolo di protezione.
2. La radiazione beta è causata da un flusso di particelle beta che volano a una velocità prossima a quella della luce. A causa dell'enorme velocità, queste particelle hanno una maggiore capacità di penetrazione, ma le loro capacità ionizzanti sono inferiori rispetto alla versione precedente. Le finestre delle finestre o una lamiera di 8-10 mm di spessore possono fungere da schermo da questa radiazione. Per l'uomo è molto pericoloso a contatto diretto con la pelle.
3. La radiazione di neutroni è costituita da neutroni e ha il maggiore effetto dannoso. Una protezione sufficiente contro di loro è fornita da materiali nella cui struttura è presente idrogeno: acqua, paraffina, polietilene, ecc.

Radiazione d'onda, che è la propagazione del raggio di energia:

1. La radiazione gamma è, in sostanza, un campo elettromagnetico creato durante le trasformazioni radioattive negli atomi. Le onde sono emesse sotto forma di quanti, impulsi. La radiazione ha un'altissima permeabilità, ma un basso potere ionizzante. Per proteggersi da tali raggi sono necessari schermi di metalli pesanti.
2. Raggi X, o raggi X. Questi raggi quantici sono per molti versi simili ai raggi gamma, ma il potere di penetrazione è alquanto sottovalutato. Questo tipo di onda viene generata nelle macchine a raggi X sotto vuoto colpendo gli elettroni su un bersaglio speciale. Lo scopo diagnostico di questa radiazione è ben noto. Tuttavia, va ricordato che la sua azione prolungata può causare gravi danni al corpo umano.

Come può una persona essere irradiata

Una persona riceve un'esposizione radioattiva a condizione che la radiazione penetri nel suo corpo. Può verificarsi in 2 modi: influenza esterna e interna. Nel primo caso, la fonte di radiazioni radioattive è esterna e per vari motivi una persona entra nel campo della sua attività senza un'adeguata protezione. L'esposizione interna viene eseguita quando il radionuclide penetra nel corpo. Ciò può accadere quando si consumano cibi o liquidi irradiati, con polvere e gas, quando si respira aria contaminata, ecc.

Le sorgenti di radiazioni esterne possono essere suddivise in 3 categorie:

1. Sorgenti naturali: elementi chimici pesanti e isotopi radioattivi.
2. Sorgenti artificiali: dispositivi tecnici che forniscono radiazioni durante reazioni nucleari appropriate.
3. Radiazione indotta: vari mezzi, dopo essere stati esposti a intense radiazioni ionizzanti, diventano essi stessi una fonte di radiazioni.

Gli oggetti più pericolosi in termini di possibile esposizione alle radiazioni includono le seguenti sorgenti di radiazioni:

1. Produzione relativa all'estrazione, lavorazione, arricchimento di radionuclidi, fabbricazione di combustibile nucleare per reattori, in particolare l'industria dell'uranio.
2. Reattori nucleari di qualsiasi tipo, incl. nelle centrali elettriche e nelle navi.
3. Imprese radiochimiche coinvolte nella rigenerazione del combustibile nucleare.
4. Luoghi di stoccaggio (sepoltura) di rifiuti di sostanze radioattive, nonché imprese per il loro trattamento.
5. Quando si utilizzano radiazioni in vari settori: medicina, geologia, agricoltura, industria, ecc.
6. Test di armi nucleari, esplosioni nucleari per scopi pacifici.

La manifestazione di danni al corpo

La caratteristica della radiazione radioattiva gioca un ruolo decisivo nel grado di danno al corpo umano. Come risultato dell'esposizione, si sviluppa la malattia da radiazioni, che può avere 2 direzioni: danno somatico e genetico. Secondo il tempo della manifestazione, si distingue un effetto precoce e uno distante.

L'effetto precoce rivela sintomi caratteristici nel periodo da 1 ora a 2 mesi. I seguenti segni sono considerati tipici: arrossamento e desquamazione della pelle, torbidità del cristallino, violazione del processo ematopoietico. L'opzione estrema con una grande dose di radiazioni è un risultato letale. Le lesioni locali sono caratterizzate da segni come ustioni da radiazioni della pelle e delle mucose.

Le manifestazioni remote vengono rilevate dopo 3-5 mesi e anche dopo diversi anni. In questo caso, si notano lesioni cutanee persistenti, tumori maligni di varia localizzazione, un forte deterioramento dell'immunità, un cambiamento nella composizione del sangue (una significativa diminuzione del livello di eritrociti, leucociti, piastrine e neutrofili). Di conseguenza, spesso si sviluppano varie malattie infettive e l'aspettativa di vita è significativamente ridotta.

Per prevenire l'esposizione umana alle radiazioni ionizzanti, vengono utilizzati vari tipi di protezione, che dipendono dal tipo di radiazione. Inoltre, sono regolati standard rigorosi per la durata massima della permanenza di una persona nella zona di radiazione, la distanza minima dalla sorgente di radiazione, l'uso di dispositivi di protezione individuale e l'installazione di schermi protettivi.

Le radiazioni radioattive possono avere un forte effetto distruttivo su tutti i tessuti del corpo umano. Allo stesso tempo, è anche usato nel trattamento di varie malattie. Tutto dipende dalla dose di radiazioni ricevuta da una persona in una modalità singola oa lungo termine. Solo il rigoroso rispetto degli standard di radioprotezione aiuterà a mantenere la salute, anche se ci si trova nel raggio di una sorgente di radiazioni.

RADIAZIONE elettromagnetica,

1) nell'elettrodinamica classica - il processo di formazione di un campo elettromagnetico libero che si verifica durante l'interazione di particelle elettricamente cariche (o dei loro sistemi); nella teoria quantistica - il processo di nascita (emissione) di fotoni quando cambia lo stato di un sistema quantistico;

2) campo elettromagnetico libero - onde elettromagnetiche.

Le basi della teoria classica della radiazione - l'elettrodinamica - furono poste nella prima metà del XIX secolo nelle opere di M. Faraday e J.K. Maxwell, che svilupparono le idee di Faraday, dando alle leggi della radiazione una rigorosa forma matematica. Dalle equazioni di Maxwell derivava che le onde elettromagnetiche nel vuoto in qualsiasi sistema di riferimento si propagano alla stessa velocità - alla velocità della luce c = 3·10 8 m/s. La teoria di Maxwell spiegava molti fenomeni fisici, combinando i fenomeni ottici, elettrici e magnetici, divenne la base dell'ingegneria elettrica e radio, ma un certo numero di fenomeni (ad esempio, gli spettri di atomi e molecole) potevano essere spiegati solo dopo la creazione del quantum teoria della radiazione, le cui basi sono state poste da M. Plath, A. Einstein, N. Bohr, P. Dirac e altri La teoria della radiazione è stata pienamente motivata nell'elettrodinamica quantistica, che è stata completata negli anni '50 nei lavori di RF Feynman, J. Schwinger, F. Dyson e altri.

Le caratteristiche del processo di radiazione e del campo elettromagnetico libero (intensità di radiazione, spettro di radiazione, distribuzione di energia in esso, densità di flusso di energia di radiazione, ecc.) dipendono dalle proprietà della particella carica radiante (o sistema di particelle) e dalle condizioni di la sua interazione con campi elettrici e/o magnetici, che porta alla radiazione. Quindi, quando una particella carica passa attraverso una sostanza, a seguito dell'interazione con gli atomi della sostanza, la velocità della particella cambia ed emette la cosiddetta bremsstrahlung (vedi sotto). Il campo elettromagnetico libero, a seconda della gamma di lunghezze d'onda λ, è chiamato emissione radio (vedi Onde radio), radiazione infrarossa, radiazione ottica, radiazione ultravioletta, radiazione di raggi X, radiazione gamma.

Il campo elettromagnetico di una particella carica che si muove in modo uniforme e rettilineo nel vuoto a distanze lontane da essa è trascurabile, e possiamo dire che il campo da essa trascinato si muove con essa alla stessa velocità. Le proprietà di tale autocampo di una particella carica dipendono dall'ampiezza e dalla direzione della sua velocità e non cambiano se è costante; una tale particella non si irradia. Se la velocità di una particella carica è cambiata (ad esempio, in una collisione con un'altra particella), il proprio campo prima e dopo la variazione di velocità è diverso: quando la velocità cambia, il proprio campo viene riorganizzato in modo che parte di esso si stacca e non è più connesso con la particella carica - diventa un campo libero. Pertanto, la formazione di onde elettromagnetiche si verifica quando cambia la velocità di una particella carica; le ragioni del cambiamento di velocità sono varie, in base a ciò sorgono vari tipi di radiazioni (bremsstrahlung, bremsstrahlung magnetico, ecc.). L'irraggiamento di un sistema di particelle dipende dalla sua struttura; può essere analogo alla radiazione di particelle, essere una radiazione dipolo (radiazione dipolo) o una radiazione multipolare (radiazione multipolare).

Durante l'annichilazione di un elettrone e di un positrone (vedi Annientamento e produzione di coppie), si forma anche un campo elettromagnetico libero (fotoni). L'energia e la quantità di moto delle particelle annichilanti si conservano, cioè vengono trasferite al campo elettromagnetico. Ciò significa che il campo di radiazione ha sempre energia e quantità di moto.

Le onde elettromagnetiche che si formano nel processo di irraggiamento formano un flusso di energia in uscita dalla sorgente, la cui densità S(r,t) (vettore di Poynting è l'energia che fluisce per unità di tempo attraverso una superficie unitaria perpendicolare al flusso) al tempo t a distanza r dalla particella carica radiante è proporzionale al prodotto vettoriale delle forze dei campi magnetici H (r, t) ed elettrici E (r, t):

L'energia totale W persa da una particella carica per unità di tempo durante la radiazione può essere ottenuta calcolando il flusso di energia attraverso una sfera di raggio r infinitamente grande.

dove dΩ. - elemento angolare solido, n - vettore unitario nella direzione di propagazione della radiazione.Il campo personale del sistema di cariche a lunghe distanze diminuisce con la distanza maggiore di 1/r e il campo di radiazione a grandi distanze dalla sorgente diminuisce di 1 /R.

Coerenza dell'emettitore. La densità del flusso di radiazione proveniente in un certo punto dello spazio da due sorgenti identiche è proporzionale al prodotto vettoriale delle somme delle forze elettriche E 1 (r, t) ed E 2 (r, t) e del magnetico H 1 ( r, t) e H 2 (r, t) campi di onde elettromagnetiche dalle sorgenti 1 e 2:

Il risultato della somma di due onde piane sinusoidali dipende dalle fasi in cui arrivano in un dato punto. Se le fasi sono le stesse, i campi E e H si raddoppiano e l'energia di campo in un dato punto aumenta di 4 volte rispetto all'energia di campo di una singola sorgente. Nel caso in cui onde da due sorgenti diverse giungano al rivelatore con fasi opposte, i prodotti incrociati dei campi e [E 2 (r, t) H 1 (r, t)] in (3) svaniscono. Di conseguenza, il doppio dell'energia proviene da due emettitori in un dato punto rispetto a un emettitore. Nel caso degli N emettitori, le cui onde arrivano in un dato punto nelle stesse fasi, l'energia aumenterà di N 2 volte. Tali emettitori sono chiamati coerenti. Se le fasi delle onde che arrivano al rivelatore da ciascun emettitore sono casuali, i campi di diversi emettitori vengono parzialmente cancellati quando vengono aggiunti nel punto di osservazione. Quindi, da N sorgenti, il rivelatore registrerà un'energia N volte maggiore rispetto a una sorgente. Tali sorgenti (e la loro radiazione) sono dette incoerenti. Questi includono quasi tutte le sorgenti luminose convenzionali (fiamma di candela, lampade ad incandescenza, lampade fluorescenti, ecc.); in essi, i momenti temporali dell'emissione di ciascun atomo o molecola (e, di conseguenza, le fasi in cui le onde della loro radiazione giungono ad un certo punto) sono casuali. Le sorgenti di radiazioni coerenti sono i laser, in cui vengono create le condizioni per l'illuminazione simultanea di tutti gli atomi della sostanza di lavoro.

Reazione alle radiazioni. Una particella carica radiante perde energia, così che nel processo di radiazione si crea una forza che agisce sulla particella, che rallenta la sua velocità ed è chiamata forza di reazione alla radiazione o forza di attrito radiativo. A velocità non relativistiche delle particelle cariche, la forza di reazione della radiazione è sempre piccola, ma a velocità vicine alla velocità della luce può svolgere un ruolo importante. Pertanto, nel campo magnetico terrestre, le perdite di energia dovute alla radiazione di elettroni di raggi cosmici ad alta energia sono così grandi che gli elettroni non possono raggiungere la superficie terrestre. Le particelle di raggi cosmici con la stessa energia e massa maggiore hanno una perdita di energia per radiazione inferiore rispetto agli elettroni e raggiungono la superficie terrestre. Ne consegue che la composizione dei raggi cosmici registrati sulla superficie terrestre e dai satelliti può essere diversa.

Lunghezza di coerenza della radiazione. I processi di radiazione a velocità non relativistiche e ultrarelativistiche di una particella carica differiscono per le dimensioni della regione dello spazio in cui si forma il campo di radiazione. Nel caso non relativistico (quando la velocità v della particella è bassa), il campo di radiazione lascia la carica alla velocità della luce e il processo di radiazione termina rapidamente, la dimensione della regione di formazione della radiazione (lunghezza di coerenza) L è molto più piccola di la lunghezza d'onda della radiazione λ, L~λv/s. Se la velocità della particella è vicina alla velocità della luce (a velocità relativistiche), il campo di radiazione risultante e la particella che lo ha creato si muovono per lungo tempo vicini l'uno all'altro e divergono, avendo percorso una distanza abbastanza lunga. La formazione del campo di radiazione richiede molto più tempo e la lunghezza L è molto maggiore della lunghezza d'onda, L~λγ (dove γ= -1/2 è il fattore di Lorentz della particella).

Bremsstrahlung si verifica quando una particella carica si disperde sugli atomi della materia. Se il tempo Δt durante il quale una particella con una carica e durante lo scattering cambia la sua velocità da v 1 a v 2 è molto inferiore al tempo di formazione della radiazione L/v, allora la variazione della velocità di una particella carica può essere considerata istantanea. Allora la distribuzione dell'energia di radiazione su angoli e frequenze circolari ω ha la forma:

Moltiplicando questa espressione per la probabilità di cambiare la velocità della particella durante lo scattering da v 1 a v 2 e integrando l'espressione risultante su tutto v 2 , possiamo ottenere la distribuzione dell'energia di bremsstrahlung su frequenze e angoli (indipendenti dalla frequenza). Le particelle più leggere vengono deviate più facilmente quando interagiscono con un atomo, quindi l'intensità di bremsstrahlung è inversamente proporzionale al quadrato della massa della particella veloce. Bremsstrahlung è la ragione principale della perdita di energia degli elettroni relativistici nella materia quando l'energia dell'elettrone è maggiore di una certa energia critica, che è 83 MeV per l'aria, 47 MeV per Al e 59 MeV per Pb.

Bremsstrahlung magnetico si verifica quando una particella carica si muove in un campo magnetico che piega la traiettoria del suo movimento. In un campo magnetico costante e uniforme, la traiettoria di una particella carica di massa m è una spirale, cioè consiste in un movimento uniforme lungo la direzione del campo e in rotazione attorno ad esso con una frequenza ω H = eH/γmñ.

La periodicità del moto della particella porta al fatto che le onde da essa emesse hanno frequenze multiple di ω H: ω = Mω H, dove N=1,2,3 ... . la radiazione di particelle ultrarelative in un campo magnetico è chiamata radiazione di sincrotrone. Ha un ampio spettro di frequenza con un massimo a ω dell'ordine di ω Н γ 3 e la frazione principale dell'energia emessa si trova nella gamma di frequenza ω » ω Н In questo caso, gli intervalli tra frequenze adiacenti sono molto più piccoli di la frequenza, quindi la distribuzione di frequenza nello spettro della radiazione di sincrotrone può essere approssimativamente considerata continua. Nella gamma di frequenza ω » ω Н γ 3 l'intensità della radiazione aumenta con la frequenza come ω 2/3 e nella gamma di frequenza ω » ω Н γ 3 l'intensità della radiazione diminuisce in modo esponenziale all'aumentare della frequenza. La radiazione di sincrotrone ha una piccola divergenza angolare (dell'ordine di l/γ) e un alto grado di polarizzazione nel piano dell'orbita della particella. La bremsstrahlung magnetica a velocità non relativistiche delle particelle cariche è chiamata radiazione di ciclotrone, la sua frequenza è ω = ω H.

Radiazione ondulatoria si verifica quando una particella carica ultrarelativistica si muove con piccole deviazioni periodiche trasversali, ad esempio quando si vola in un campo elettrico che cambia periodicamente (tale campo si forma, ad esempio, in dispositivi speciali - ondulatori). La frequenza ω della radiazione ondulatoria è correlata alla frequenza delle oscillazioni trasversali ω 0 della particella dalla relazione

dove θ è l'angolo tra la velocità della particella v e la direzione di propagazione della radiazione ondulatoria. Un analogo di questo tipo di radiazione è la radiazione che si verifica quando le particelle cariche vengono incanalate in cristalli singoli, quando una particella che si muove tra piani grafici cristallini vicini subisce vibrazioni trasversali dovute all'interazione con un campo intracristallino.

Radiazione di Vavilov-Cherenkov osservato quando una particella carica si muove uniformemente in un mezzo a una velocità superiore alla velocità di fase della luce c/ε 1/2 nel mezzo (ε è la permittività del mezzo). In questo caso, parte del campo stesso della particella è in ritardo e forma onde elettromagnetiche che si propagano ad angolo rispetto alla direzione del movimento della particella (vedi radiazione di Vavilov-Cherenkov), che è determinata dall'uguaglianza cos θ = с/vε 1/2 . Per la scoperta e la spiegazione di questo tipo di radiazione fondamentalmente nuovo, che ha trovato ampia applicazione per misurare la velocità delle particelle cariche, I. E. Tamm, I. M. Frank e P. A. Cherenkov hanno ricevuto il Premio Nobel (1958).

radiazione di transizione(previsto da V. L. Ginzburg e I. M. Frank nel 1946) sorge durante il moto rettilineo uniforme di una particella carica nello spazio con proprietà dielettriche disomogenee. Molto spesso, si forma quando una particella attraversa l'interfaccia tra due mezzi con differenti permittività (spesso è questa radiazione che è considerata radiazione di transizione; vedere Radiazione di transizione). Il campo personale di una particella che si muove a velocità costante in diversi mezzi è diverso, così che all'interfaccia tra i mezzi, il campo personale viene riorganizzato, portando alla radiazione. La radiazione di transizione non dipende dalla massa di una particella veloce, la sua intensità non dipende dalla velocità della particella, ma dalla sua energia, il che rende possibile creare sulla base metodi accurati unici per rilevare particelle ad altissima energia.

Radiazione di diffrazione si verifica durante il passaggio di una particella carica nel vuoto vicino alla superficie di una sostanza, quando il campo stesso della particella cambia a causa della sua interazione con le disomogeneità della superficie. La radiazione di diffrazione viene utilizzata con successo per studiare le proprietà superficiali della materia.

Radiazione di sistemi di particelle cariche.

Il sistema più semplice che può irradiare è un dipolo elettrico con un momento di dipolo variabile, un sistema di due particelle oscillanti di carica opposta. Quando il campo del dipolo cambia, ad esempio, quando le particelle vibrano lungo la linea retta (asse del dipolo) che le collega l'una all'altra, parte del campo viene strappata e si formano onde elettromagnetiche. Tale radiazione non è isotropa, la sua energia nelle diverse direzioni non è la stessa: è massima nella direzione perpendicolare all'asse di oscillazione della particella, ed è assente nella direzione perpendicolare, per le direzioni intermedie la sua intensità è proporzionale a sinθ 2 (θ è l'angolo tra la direzione della radiazione e l'asse di oscillazione delle particelle). Gli emettitori reali, di regola, sono costituiti da un gran numero di particelle con carica opposta, ma spesso tenendo conto della loro posizione e dei dettagli del movimento di allontanamento dal sistema sono insignificanti; in questo caso è possibile semplificare la distribuzione vera e propria "tirando" gli addebiti omonimi ad alcuni centri di distribuzione addebiti. Se il sistema nel suo insieme è elettricamente neutro, la sua radiazione può essere approssimativamente considerata come la radiazione di un dipolo elettrico.

Se non c'è radiazione dipolo del sistema, allora può essere rappresentato come un quadrupolo o un sistema più complesso: un multipolo. Quando le cariche si muovono al suo interno, sorge la radiazione quadrupolare o multipolare. Le sorgenti di radiazioni possono anche essere sistemi che sono dipoli magnetici (ad esempio un loop di corrente) o multipoli magnetici. L'intensità della radiazione del dipolo magnetico, di regola, è (v/c) 2 volte inferiore all'intensità della radiazione del dipolo elettrico e dello stesso ordine di grandezza della radiazione del quadrupolo elettrico.

Teoria quantistica della radiazione. L'elettrodinamica quantistica considera i processi di radiazione dei sistemi quantistici (atomi, molecole, nuclei atomici, ecc.), il cui comportamento è soggetto alle leggi della meccanica quantistica; in questo caso, il campo elettromagnetico libero è rappresentato come un insieme di quanti di questo campo - fotoni. L'energia del fotone E è proporzionale alla sua frequenza v (v = ω/2π), cioè E=hv (h è la costante di Planck), e la quantità di moto p è proporzionale al vettore d'onda k: p = hk. L'emissione di un fotone è accompagnata da una transizione quantistica del sistema da uno stato con energia E 1 a uno stato con energia inferiore E 2 =E 1 - hv (dal livello di energia E 1 al livello E 2). L'energia di un sistema quantistico legato (ad esempio un atomo) è quantizzata, cioè assume solo valori discreti; anche le frequenze di radiazione di un tale sistema sono discrete. Pertanto, la radiazione di un sistema quantistico è costituita da linee spettrali separate con determinate frequenze, cioè ha uno spettro discreto. Uno spettro di emissione continuo (continuo) si ottiene quando una (o entrambe) delle sequenze di valori delle energie iniziale e finale del sistema in cui avviene la transizione quantistica è continua (ad esempio, durante la ricombinazione di un elettrone libero e uno ione).

L'elettrodinamica quantistica ha permesso di calcolare le intensità di radiazione di vari sistemi, considerare le probabilità di transizioni non radiative, i processi di trasferimento della radiazione, calcolare le cosiddette correzioni radiative e altre caratteristiche della radiazione dei sistemi quantistici.

Tutti gli stati dell'atomo, ad eccezione dello stato fondamentale (lo stato con energia minima), chiamato stati eccitati, sono instabili. Essendo in esse, l'atomo dopo un certo tempo (circa 10 -8 s) emette spontaneamente un fotone; tale radiazione è chiamata spontanea o spontanea. Le caratteristiche dell'emissione spontanea di un atomo - la direzione di propagazione, l'intensità, la polarizzazione - non dipendono da condizioni esterne. L'insieme delle lunghezze d'onda della radiazione è individuale per l'atomo di ciascun elemento chimico e rappresenta il suo spettro atomico. La radiazione principale di un atomo è la radiazione dipolo, che può verificarsi solo durante le transizioni quantistiche consentite dalle regole di selezione per le transizioni di dipolo elettrico, cioè in determinate relazioni tra le caratteristiche (numeri quantici) dello stato iniziale e finale dell'atomo. Anche la radiazione multipolare di un atomo (le cosiddette linee proibite) può verificarsi in determinate condizioni, ma la probabilità di transizioni in cui si verifica è piccola e la sua intensità è generalmente bassa. La radiazione dei nuclei atomici si verifica durante le transizioni quantistiche tra i livelli di energia nucleare ed è determinata dalle corrispondenti regole di selezione.

la radiazione di varie molecole, in cui si verificano i moti vibrazionali e rotazionali delle loro particelle cariche costituenti, ha spettri complessi che hanno una struttura elettronico-vibrazionale-rotazionale (vedi Spettri molecolari).

La probabilità di emissione di un fotone con quantità di moto hk ed energia hv è proporzionale a (n k + 1), dove n k è il numero esattamente degli stessi fotoni nel sistema prima del momento di emissione. A n k = 0 si ha emissione spontanea, se n k ≠ 0 si ha anche emissione stimolata. Un fotone di emissione stimolata, a differenza di uno spontaneo, ha la stessa direzione di propagazione, frequenza e polarizzazione di un fotone di radiazione esterna; l'intensità dell'emissione stimolata è proporzionale al numero di fotoni di radiazione esterna. L'esistenza dell'emissione stimolata fu postulata nel 1916 da A. Einstein, che calcolò la probabilità di emissione stimolata (vedi coefficienti di Einstein). In condizioni normali, la probabilità (e, di conseguenza, l'intensità) di emissione stimolata è piccola, ma nei generatori quantistici (laser), per aumentare nk, la sostanza di lavoro (emettitore) è posta in cavità ottiche che tengono vicini i fotoni della radiazione esterna esso. Ogni fotone emesso dalla sostanza aumenta n k , quindi l'intensità della radiazione con un dato k cresce rapidamente a una bassa intensità di emissione di fotoni con tutti gli altri k. Di conseguenza, il generatore quantistico risulta essere una fonte di radiazione stimolata con una banda molto stretta di valori v e k - radiazione coerente. Il campo di tale radiazione è molto intenso, può diventare paragonabile in grandezza ai campi intramolecolari e l'interazione della radiazione del generatore quantistico (radiazione laser) con la materia diventa non lineare (vedi Ottica non lineare).

La radiazione di vari oggetti trasporta informazioni sulla loro struttura, proprietà e processi che si verificano in essi; il suo studio è un modo potente e spesso l'unico (ad esempio per i corpi cosmici) per studiarli. La teoria della radiazione gioca un ruolo speciale nella formazione della moderna immagine fisica del mondo. Nel processo di costruzione di questa teoria, sorse la teoria della relatività, la meccanica quantistica, furono create nuove fonti di radiazioni, furono ottenuti numerosi risultati nel campo dell'ingegneria radiofonica, dell'elettronica, ecc.

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I campi elettromagnetici ci circondano ovunque. A seconda della loro gamma d'onda, possono agire in modo diverso sugli organismi viventi. Le radiazioni non ionizzanti sono considerate più benigne, tuttavia a volte non sono sicure. Quali sono questi fenomeni e che effetto hanno sul nostro corpo?

Che cosa sono le radiazioni non ionizzanti?

L'energia si propaga sotto forma di piccole particelle e onde. Il processo della sua emissione e propagazione è chiamato radiazione. In base alla natura dell'impatto sugli oggetti e sui tessuti viventi, se ne distinguono due tipi principali. Il primo - ionizzante, è un flusso di particelle elementari che si formano a seguito della fissione degli atomi. Include raggi radioattivi, raggi X, radiazioni gravitazionali e raggi di Hawking.

Il secondo è la radiazione non ionizzante. In effetti, questi sono elettromagnetici che superano i 1000 nm e la quantità di energia rilasciata è inferiore a 10 keV. Agisce sotto forma di microonde, rilasciando luce e calore.

A differenza del primo tipo, questa radiazione non ionizza le molecole e gli atomi della sostanza su cui agisce, cioè non rompe i legami tra le sue molecole. Naturalmente, ci sono anche delle eccezioni. Quindi, alcuni tipi, ad esempio i raggi UV, possono ionizzare una sostanza.

Tipi di radiazioni non ionizzanti

La radiazione elettromagnetica è un concetto molto più ampio della radiazione non ionizzante. Anche i raggi X e gamma ad alta frequenza sono elettromagnetici, ma sono più duri e ionizzano la materia. Tutti gli altri tipi di EMR non sono ionizzanti, la loro energia non è sufficiente per interferire con la struttura della materia.

Le più lunghe tra loro sono le onde radio, la cui portata varia da ultra-lunghe (più di 10 km) a ultra-corte (10 m - 1 mm). Le onde di altre radiazioni EM sono inferiori a 1 mm. Dopo che l'emissione radio è infrarossa o termica, la lunghezza delle sue onde dipende dalla temperatura di riscaldamento.

Anche la luce visibile non è ionizzante e la prima è spesso chiamata ottica. Con il suo spettro è molto vicino ai raggi infrarossi e si forma quando i corpi vengono riscaldati. La radiazione ultravioletta è vicina ai raggi X, quindi potrebbe avere la capacità di ionizzare. A lunghezze d'onda da 400 a 315 nm, è riconosciuto dall'occhio umano.

Fonti

Le radiazioni elettromagnetiche non ionizzanti possono essere di origine sia naturale che artificiale. Una delle principali fonti naturali è il Sole. Emette tutti i tipi di radiazioni. La loro completa penetrazione nel nostro pianeta è impedita dall'atmosfera terrestre. Grazie allo strato di ozono, all'umidità, all'anidride carbonica, l'effetto dei raggi nocivi è notevolmente mitigato.

Per le onde radio, i fulmini possono fungere da fonte naturale, così come oggetti spaziali. I raggi infrarossi termici possono emettere qualsiasi corpo riscaldato alla temperatura desiderata, sebbene la radiazione principale provenga da oggetti artificiali. Quindi, le sue principali fonti sono stufe, bruciatori e normali lampadine a incandescenza che sono presenti in ogni casa.

Impatto su una persona

La radiazione elettromagnetica è caratterizzata da lunghezza d'onda, frequenza e polarizzazione. Da tutti questi criteri e dipende dalla forza del suo impatto. Più lunga è l'onda, meno energia trasferisce all'oggetto, il che significa che è meno dannoso. Le radiazioni nell'intervallo decimetro-centimetro sono le più dannose.

L'esposizione a lungo termine a radiazioni non ionizzanti può causare danni alla salute, sebbene a dosi moderate possano essere utili. può causare ustioni alla pelle e alla cornea degli occhi, causare varie mutazioni. E in medicina, con il loro aiuto, sintetizzano la vitamina D3 nella pelle, sterilizzano le apparecchiature e disinfettano l'acqua e l'aria.

In medicina, la radiazione infrarossa viene utilizzata per migliorare il metabolismo e stimolare la circolazione sanguigna, disinfettare il cibo. Con un riscaldamento eccessivo, questa radiazione può seccare notevolmente la mucosa dell'occhio e alla massima potenza può persino distruggere una molecola di DNA.

Le onde radio sono utilizzate per comunicazioni mobili e radio, sistemi di navigazione, televisione e altri scopi. L'esposizione costante alle radiofrequenze degli elettrodomestici può aumentare l'eccitabilità del sistema nervoso, compromettere la funzione cerebrale e influire negativamente sul sistema cardiovascolare e sulla funzione riproduttiva.

Tutti gli atomi in uno stato eccitato sono in grado di emettere onde elettromagnetiche. Per fare questo, hanno bisogno di andare allo stato fondamentale, in cui la loro energia interna acquisisce. Il processo di tale transizione è accompagnato dall'emissione di un'onda elettromagnetica. A seconda della lunghezza, ha proprietà diverse. Esistono diversi tipi di tali radiazioni.

luce visibile

La lunghezza d'onda è la distanza più breve tra la superficie di fasi uguali. La luce visibile è un'onda elettromagnetica che può essere percepita dall'occhio umano. Le lunghezze d'onda della luce vanno da 340 nanometri (luce viola) a 760 nanometri (luce rossa). Soprattutto, l'occhio umano percepisce la regione giallo-verde dello spettro.

Radiazione infrarossa

Tutto ciò che circonda una persona, compreso se stesso, è una fonte di radiazione infrarossa o termica (lunghezza d'onda fino a 0,5 mm). Gli atomi emettono onde elettromagnetiche in questo intervallo quando si scontrano casualmente tra loro. Ad ogni collisione, la loro energia cinetica viene convertita in energia termica. L'atomo è eccitato ed emette onde nella gamma degli infrarossi.

Solo una piccola parte della radiazione infrarossa raggiunge la superficie terrestre dal Sole. Fino all'80% viene assorbito dalle molecole d'aria e soprattutto dall'anidride carbonica, che provoca l'effetto serra.

Radiazioni ultraviolette

La lunghezza d'onda della radiazione ultravioletta è molto più corta dell'infrarosso. C'è anche una componente ultravioletta nello spettro del Sole, ma è bloccata dallo strato di ozono terrestre e non raggiunge la sua superficie. Tali radiazioni sono molto dannose per tutti gli organismi viventi.

La lunghezza della radiazione ultravioletta si trova nella regione da 10 a 740 nanometri. Quella piccola frazione di esso, che raggiunge la superficie terrestre insieme alla luce visibile, provoca l'abbronzatura nelle persone, come reazione protettiva della pelle agli effetti nocivi.

onde radio

Con l'aiuto di onde radio lunghe fino a 1,5 km, le informazioni possono essere trasmesse. È usato in radio e televisori. Una lunghezza così grande consente loro di piegarsi attorno alla superficie della Terra. Le onde radio più corte possono essere riflesse dagli strati superiori dell'atmosfera e raggiungere stazioni situate sul lato opposto del globo.

raggi gamma

I raggi gamma sono classificati come radiazioni ultraviolette particolarmente intense. Si formano durante l'esplosione di una bomba atomica, nonché durante i processi sulla superficie delle stelle. Questa radiazione è dannosa per gli organismi viventi, ma la magnetosfera terrestre non li lascia passare. I fotoni dei raggi gamma hanno energie superelevate.

Introduzione…………………………………………………………………………………..3

1. Tipi di radiazioni………………………………………………………………………….5

2. Razionamento della radioprotezione……………………………………………………………10

3. Limiti di dose di base ............................................... .......................................13

4. Livelli di esposizione consentiti e di controllo…………………………………………………………………………………………………………………18

Conclusione…………………………………………………………………………………….26

Elenco delle fonti utilizzate……………………………………………………….28

INTRODUZIONE

Tra le questioni di interesse scientifico, poche attirano un'attenzione pubblica così costante e suscitano tante polemiche quanto la questione degli effetti delle radiazioni sull'uomo e sull'ambiente.

Sfortunatamente, informazioni scientifiche affidabili su questo problema molto spesso non raggiungono la popolazione, che per questo utilizza ogni sorta di voci. Troppo spesso le argomentazioni degli oppositori dell'energia nucleare si basano esclusivamente su sentimenti ed emozioni, così come spesso i discorsi dei sostenitori del suo sviluppo si riducono a rassicuranti rassicurazioni poco sostanziate.

Il Comitato Scientifico delle Nazioni Unite sugli Effetti delle Radiazioni Atomiche raccoglie e analizza tutte le informazioni disponibili sulle sorgenti di radiazioni e sui loro effetti sull'uomo e sull'ambiente. Studia un'ampia gamma di sorgenti di radiazioni naturali e artificiali e le sue scoperte potrebbero sorprendere anche coloro che seguono da vicino il corso del discorso pubblico su questo argomento.

Le radiazioni sono davvero mortali. Ad alte dosi provoca gravi danni ai tessuti ea basse dosi può provocare il cancro e indurre difetti genetici che possono comparire nei figli e nipoti della persona esposta, o nei suoi discendenti più lontani.

Ma per la popolazione in generale, le fonti di radiazioni più pericolose non sono quelle di cui si parla di più. Una persona riceve la dose maggiore da fonti naturali di radiazioni. La radiazione associata allo sviluppo dell'energia nucleare è solo una piccola frazione della radiazione generata dall'attività umana; riceviamo dosi molto maggiori da altre forme molto meno controverse di questa attività, ad esempio dall'uso dei raggi X in medicina. Inoltre, le attività quotidiane come la combustione del carbone e i viaggi aerei, e in particolare il soggiorno sempre in stanze ben sigillate, possono portare a un aumento significativo dell'esposizione dovuto alle radiazioni naturali. Le maggiori riserve per ridurre l'esposizione alle radiazioni della popolazione risiedono proprio in tali forme "indiscutibili" di attività umana.

Questo documento mette in evidenza vari tipi di radiazioni, sia da fonti naturali che artificiali che colpiscono l'uomo e l'ambiente, fornisce fonti normative di informazioni sulla sicurezza delle radiazioni, i limiti di dose di esposizione e i loro livelli consentiti e di controllo.

TIPI DI RADIAZIONI

Le radiazioni penetranti rappresentano un grande pericolo per la salute e la vita umana. A grandi dosi, provoca gravi danni ai tessuti del corpo, si sviluppa una malattia acuta da radiazioni, a piccole dosi - malattie oncologiche, provoca difetti genetici. In natura, ci sono un certo numero di elementi i cui nuclei atomici vengono convertiti nei nuclei di altri elementi. Queste trasformazioni sono accompagnate da radiazioni - radioattività. La radiazione ionizzante è un flusso di particelle elementari e quanti di radiazione elettromagnetica in grado di provocare la ionizzazione di atomi e molecole del mezzo in cui si propagano.

Diversi tipi di radiazioni sono accompagnati dal rilascio di diverse quantità di energia e hanno un diverso potere di penetrazione, quindi hanno effetti diversi sui tessuti di un organismo vivente (Fig. 1). La radiazione alfa, che è un flusso di particelle pesanti costituite da neutroni e protoni, è ritardata, ad esempio, da un foglio di carta ed è praticamente incapace di penetrare lo strato esterno della pelle, formato da cellule morte. Pertanto, non rappresenta un pericolo fino a quando le sostanze radioattive che emettono particelle α non entrano nel corpo attraverso una ferita aperta, con il cibo o con l'aria inalata; poi diventano estremamente pericolosi. La radiazione beta ha un potere penetrante maggiore: passa nei tessuti del corpo fino a una profondità da uno a due centimetri. Il potere di penetrazione della radiazione gamma, che si propaga alla velocità della luce, è molto elevato: può essere fermato solo da uno spesso piombo o da una lastra di cemento. A causa dell'altissimo potere di penetrazione delle radiazioni gamma, rappresentano un grande pericolo per l'uomo. Una caratteristica delle radiazioni ionizzanti è che una persona inizierà a sentirne l'effetto solo dopo che è trascorso del tempo.

Riso. 1. Tre tipi di radiazione e il loro potere penetrante

Le sorgenti di radiazioni sono naturali, presenti in natura e non dipendenti dall'uomo.

La maggior parte dell'esposizione della popolazione mondiale proviene da sorgenti naturali di radiazioni (Fig. 2).

Riso. 2. Dosi equivalenti effettive medie annue di esposizione da sorgenti di radiazioni naturali e artificiali (i numeri indicano la dose in millisievert)

La maggior parte di loro sono tali che è assolutamente impossibile evitare le radiazioni da loro. Nel corso della storia dell'esistenza della Terra, vari tipi di radiazioni cadono sulla superficie terrestre dallo spazio e provengono da sostanze radioattive situate nella crosta terrestre. Una persona è esposta alle radiazioni in due modi. Le sostanze radioattive possono trovarsi all'esterno del corpo e irradiarlo dall'esterno; in questo caso si parla di irraggiamento esterno. Oppure possono essere nell'aria che una persona respira, nel cibo o nell'acqua ed entrare nel corpo. Questo metodo di irradiazione è chiamato interno.

Qualsiasi abitante della Terra è esposto alle radiazioni provenienti da sorgenti naturali di radiazioni, tuttavia, alcuni di loro ricevono dosi maggiori di altri. Dipende, in parte, da dove vivono. Il livello di radiazione in alcuni punti del globo, dove sono presenti rocce particolarmente radioattive, è molto più alto della media, e in altri luoghi è corrispondentemente più basso. La dose di radiazioni dipende anche dallo stile di vita delle persone. L'uso di determinati materiali da costruzione, l'uso di gas da cucina, bracieri a carbone aperti, la pressurizzazione delle stanze e persino il volo in aeroplani aumentano il livello di esposizione alle fonti naturali di radiazioni.

Le sorgenti di radiazioni terrestri insieme sono responsabili della maggior parte dell'esposizione a cui una persona è esposta a causa delle radiazioni naturali. In media, forniscono più di 5/6 della dose equivalente effettiva annua ricevuta dalla popolazione, principalmente a causa dell'esposizione interna. Il resto è fornito dai raggi cosmici, principalmente dall'irraggiamento esterno (Fig. 3).

Riso. 3. Dosi equivalenti effettive medie annue da sorgenti naturali di radiazioni (i numeri indicano la dose in millisievert)

Secondo alcuni dati,1 la dose equivalente media effettiva di esposizione esterna che una persona riceve ogni anno da sorgenti terrestri di radiazioni naturali è di circa 350 microsievert, cioè leggermente superiore alla dose media di esposizione individuale a causa della radiazione di fondo creata dai raggi cosmici al livello del mare.

In media, circa 2/3 della dose effettiva equivalente di radiazioni che una persona riceve da fonti naturali di radiazioni proviene da sostanze radioattive che entrano nel corpo con cibo, acqua e aria.

È stato accertato che tra tutte le sorgenti naturali di radiazioni, il radon, un gas pesante, incolore e inodore, rappresenta il pericolo maggiore. Viene rilasciato dalla crosta terrestre ovunque, ma la sua concentrazione nell'aria esterna differisce in modo significativo per le diverse parti del globo. Una persona riceve la radiazione principale dal radon mentre si trova all'interno. Il radon si concentra nell'aria interna solo quando è sufficientemente isolato dall'ambiente esterno. Perdendo attraverso le fondamenta e il pavimento dal terreno o, meno spesso, dai materiali da costruzione, il radon si accumula nella stanza. I materiali da costruzione più comuni - legno, mattoni e cemento - emettono relativamente poco radon. Granito, pomice, prodotti a base di materie prime di allumina e fosfogesso hanno una radioattività specifica molto più elevata.

Un'altra fonte di radon nei locali residenziali è l'acqua e il gas naturale. La concentrazione di radon nell'acqua comunemente usata è estremamente bassa, ma l'acqua proveniente da pozzi profondi o da pozzi artesiani contiene molto radon. Tuttavia, il pericolo principale non deriva affatto dal bere, anche con un alto contenuto di radon. Di solito le persone bevono acqua bollita o sotto forma di bevande calde e, una volta bollito, il radon scompare quasi completamente. Un grande pericolo è l'ingresso di vapore acqueo con un alto contenuto di radon nei polmoni insieme all'aria inalata, che si verifica più spesso nel bagno o nel bagno turco. Nel gas naturale, il radon penetra nel sottosuolo. Come risultato del pretrattamento e dello stoccaggio del gas prima che raggiunga il consumatore, la maggior parte del radon fuoriesce, ma la concentrazione di radon può aumentare se le cucine non sono dotate di cappa. Pertanto, il radon è particolarmente pericoloso per gli edifici bassi con un'attenta sigillatura delle stanze (per trattenere il calore) e quando si utilizza l'allumina come additivo ai materiali da costruzione.

Altre sorgenti di radiazioni pericolose, purtroppo, sono create dall'uomo stesso. Le radiazioni sono attualmente ampiamente utilizzate in vari campi: medicina, industria, agricoltura, chimica, scienza, ecc. Le sorgenti di radiazione artificiale sono radionuclidi artificiali creati con l'ausilio di reattori e acceleratori nucleari, un fascio di neutroni e particelle cariche. Sono chiamate sorgenti artificiali di radiazioni ionizzanti. Tutte le attività legate alla produzione e all'uso di radiazioni artificiali sono rigorosamente controllate. I test delle armi nucleari nell'atmosfera, gli incidenti nelle centrali nucleari e nei reattori nucleari ei risultati del loro lavoro, manifestati in ricadute radioattive e scorie radioattive, si distinguono per il loro impatto sul corpo umano. Quando si verificano ricadute radioattive in alcune aree della Terra, le radiazioni possono entrare nel corpo umano direttamente attraverso i prodotti agricoli e alimentari.