С середины прошлого века в науку пришло новое слово - радиация. Ее открытие совершило переворот в умах физиков всего мира и позволило отбросить некоторые ньютоновские теории и сделать смелые предположения относительно строения Вселенной, ее образования и нашего места в ней. Но это все - для специалистов. Обыватели же только вздыхают и пытаются сложить воедино такие разрозненные знания об этом предмете. Усложняет процесс тот факт, что единиц измерения радиации существует довольно много, и все они правомочны.
Терминология
Первый термин, с которым стоит познакомиться, – это, собственно, радиация. Так называют процесс излучения каким-либо веществом мельчайших частиц, таких как электроны, протоны, нейтроны, атомы гелия и другие. В зависимости от вида частицы свойства излучения отличаются друг от друга. Излучение наблюдают либо при распаде веществ на более простые, либо при их синтезе.
Единицы измерения радиации – это условные понятия, которые указывают, сколько элементарных частиц высвобождается из вещества. На данный момент физика оперирует семью разными единицами и их комбинациями. Это позволяет описывать различные процессы, происходящие с материей.
Радиоактивный распад - произвольное изменение строения нестабильных ядер атомов при помощи высвобождения микрочастиц.
Постоянная распада – это статистическое понятие, предсказывающее вероятность разрушения атома на определенный отрезок времени.
Период полураспада – это временной промежуток, за который распадается половина всего количества вещества. У некоторых элементов он исчисляется минутами, а у других – годами, и даже десятилетиями.
В чем измеряется радиация
Единицы измерения радиации - не единственные, которые используются для оценки свойств радиоактивных материалов. Кроме них применяют такие величины, как:
- активность источника радиации;
- плотность потока (количество ионизирующих частиц на единицу площади).
Кроме этого, существует разница в описании воздействия радиации на живые и неживые объекты. Так, если вещество неживое, то к нему применимы понятия:
- поглощенная доза;
- экспозиционная доза.
Если же излучение подействовало на живую ткань, то используют следующие термины:
- эквивалентная доза;
- эффективная эквивалентная доза;
- мощность дозы.
Единицами измерения радиации являются, как уже говорилось выше, условные числовые значения, принятые учеными для облегчения расчетов и построения гипотез и теорий. Возможно, именно поэтому не существует единой общепринятой единицы измерения.
Кюри
Одной из единиц измерения радиации является кюри. Она не относится к системным (не принадлежит к системе СИ). В России ее используют в ядерной физике и медицине. Активность вещества будет равняться одному кюри, если за одну секунду в нем будет происходить 3,7 миллиардов радиоактивных распадов. То есть можно сказать, что один кюри равен трем миллиардам семистам миллионам беккерелей.
Такое число получилось благодаря тому, что Мария Кюри (которая и ввела в науку данный термин) проводила свои опыты на радии и взяла за основу его скорость распада. Но со временем физики решили, что числовое значение этой единицы лучше привязать к другой - беккерелю. Это позволило избежать некоторых погрешностей в математических расчетах.
Помимо кюри, часто можно встретить кратные или дольные единицы, такие как:
- мегакюри (равен 3,7 на 10 в 16 степени беккерелей);
- килокюри (3,7 тысячи миллиардов беккерелей);
- милликюри (37 миллионов беккерелей);
- микрокюри (37 тысяч беккерелей).
При помощи этой единицы можно выразить объемную, поверхностную или удельную активность вещества.
Беккерель
Единица измерения дозы радиации беккерель является системной и входит в Международную систему единиц (СИ). Она является самой простой, потому что активность радиации в один беккерель означает, что в веществе происходит всего один радиоактивный распад за секунду.
Она получила свое название в честь Антуана Анри Беккереля, французского физика. Название было одобрено в конце прошлого века и используется до сих пор. Так как это достаточно маленькая единица, то для обозначения активности используют десятичные приставки: кило-, милли-, микро- и другие.
В последнее время вместе с беккерелями стали использоваться такие внесистемные единицы, как кюри и резерфорд. Один резерфорд равняется миллиону беккерелей. В описании объемной или поверхностной активности можно встретить обозначения беккерель на килограмм, беккерель на метр (квадратный или кубический) и различные их производные.
Рентген
Единица измерения радиации рентген тоже не является системной, хоть и используется повсеместно для обозначения экспозиционной дозы полученного гамма-излучения. Один рентген равен такой дозе излучения, при которой один кубический сантиметр воздуха при стандартном атмосферном давлении и нулевой температуре несет в себе заряд, равный 3,3*(10*-10). Это равно двум миллионам пар ионов.
Несмотря на то, что по законодательству РФ большинство внесистемных единиц использовать запрещено, рентген используется в маркировке дозиметров. Но и они скоро перестанут использоваться, так как более практичным оказалось записывать и вычислять все в греях и зивертах.
Рад
Единица измерения радиации рад находится вне системы СИ и равняется такому количеству излучения, при котором одному грамму вещества передается одна миллионная джоуля энергии. То есть один рад – это 0,01 джоуль на килограмм материи.
Материалом, который поглощает энергию, может быть как живая ткань, так и другие органические и неорганические вещества и субстанции: почва, вода, воздух. Как самостоятельная единица рад был введен в 1953 году и в России имеет право использоваться в физике и медицине.
Грей
Это еще одна единица измерения уровня радиации, которая признана Международной системой единиц. Она отражает поглощенную дозу радиации. Считается, что вещество получило дозу в один грей, если энергия, которая передалась с излучением, равна одному джоулю на килограмм.
Эта единица получила свое название в честь английского ученого Льюиса Грея и была официально введена в науку в 1975 году. По правилам, полное название единицы пишется с маленькой буквы, но ее сокращенное обозначение – с большой. Один грей равен ста радам. Помимо простых единиц, в науке используют еще кратные и дольные их эквиваленты, такие как килогрей, мегагрей, децигрей, сантигрей, микрогрей и другие.
Зиверт
Единица измерения радиации зиверт используется для обозначения эффективной и эквивалентной доз излучения и также входит в систему СИ, как грей и беккерель. Используется в науке с 1978 года. Один зиверт равен энергии, которую поглотил килограмм ткани после воздействия одного грея гамма-лучей. Название свое единица получила в честь Рольфа Зиверта, ученого из Швеции.
Судя по определению, зиверты и греи равны, то есть эквивалентная и поглощенная дозы имеют одинаковые размеры. Но разница между ними все-таки есть. При определении эквивалентной дозы необходимо учитывать не только количество, но и другие свойства излучения, такие как длина волны, амплитуда и какие частицы ее представляют. Поэтому числовое значение поглощенной дозы умножают на коэффициент качества излучения.
Так, например, при всех прочих равных условиях поглощенный эффект альфа-частиц будет в двадцать раз сильнее, чем такая же доза гамма-излучения. Помимо этого, необходимо учитывать тканевой коэффициент, который показывает, как органы реагируют на излучение. Поэтому эквивалентная доза используется в радиобиологии, а эффективная – в гигиене труда (для нормирования воздействия излучения).
Солнечная постоянная
Существует теория, что жизнь на нашей планете появилась благодаря солнечной радиации. Единицы измерения излучения от звезды – калории и ватты, деленные на единицу времени. Так было решено потому, что величина радиации от Солнца определяется по количеству тепла, которое получают объекты, и интенсивности, с которой оно поступает. До Земли доходит всего половина миллионной доли от общего количества выбрасываемой энергии.
Радиация от звезд распространяется в космосе со скоростью света и в нашу атмосферу попадет в виде лучей. Спектр этого излучения довольно широкий – от «белого шума», то есть радиоволн, до рентгеновских лучей. Частицы, которые тоже попадают вместе с излучением, – это протоны, но иногда могут быть и электроны (если выброс энергии был большим).
Излучение, получаемое от Солнца, является движущей силой всех живых процессов на планете. Количество получаемой нами энергии зависит от времени года, положения звезды над горизонтом и прозрачности атмосферы.
Воздействие радиации на живых существ
Если одинаковые по своим характеристикам живые ткани облучать разными видами радиации (в одинаковой дозе и интенсивности), то результаты будут разниться. Поэтому для определения последствий мало только поглощенной или экспозиционной дозы, как в случае с неживыми объектами. На сцене появляются единицы измерения проникающей радиации, такие как зиверты бэры и греи, которые указывают на эквивалентную дозу радиации.
Эквивалентной называется доза, поглощенная живой тканью и умноженная на условный (табличный) коэффициент, который учитывает, насколько опасен тот или иной вид радиации. Чаще всего для ее измерения используется зиверт. Один зиверт равняется ста бэрам. Чем больше коэффициент тем, соответственно, опаснее излучение. Так, для фотонов это – единица, а для нейтронов и альфа-частиц – двадцать.
Со времени аварии на Чернобыльской АЭС в России и других странах СНГ стали особое внимание уделять уровню радиационного воздействия на человека. Эквивалентная доза от естественных источников излучения не должна быть выше пяти миллизивертов в год.
Действие радионуклидов на не живые объекты
Радиоактивные частицы несут в себе заряд энергии, который они передают веществу, когда сталкиваются с ним. И чем больше частиц соприкоснется на своем пути с определенным количеством вещества, тем больше оно получит энергии. Количество ее оценивается в дозах.
- Поглощенная доза – это то количество радиоактивного излучения, которое было получено единицей вещества. Измеряется в греях. Эта величина не учитывает тот факт, что воздействие разных видов излучения на материю отличается.
- Экспозиционная доза – представляет собой поглощенную дозу, но с учетом степени ионизации вещества от воздействия разных радиоактивных частиц. Измеряется в кулонах на килограмм или рентгенах.
