8 Изменение свойств
материалов и элементов радиоэлектронной
аппаратуры под действием ионизирующих
излучений.
Радиоэлектронная аппаратура,
находящаяся в зоне действия ионизирующих
излучений, может существенно изменять
свои параметры и выходить из строя. Эти
повреждения происходят в результате
изменения физических и химических свойств
радиотехнических (полупроводниковых,
изоляционных, металлических и др.) материалов,
параметров приборов и элементов электронной
техники, изделий электротехники и радиоэлектронных
схемных устройств.
Способности изделий выполнять
свои функции и сохранять характеристики
и параметры в пределах установленных
норм во время и после воздействия ионизирующих
излучений называют радиационной стойкостью.
Степень радиационных повреждений
в облучаемой системе зависит как от количества
энергии, передаваемой при облучении,
так и от скорости передачи этой энергии.
Количество поглощённой энергии и скорость
передачи её в свою очередь зависят от
вида и параметров излучения и ядерно-физических
характеристик веществ, из которых изготовлен
облучаемый объект. изготовлен облучаемый
объект.
Дефекты,
образующиеся в материалах при воздействии
на них ионизирующих излучений:
Все виды электронного
и корпускулярного излучений, проходя
через вещество, взаимодействуют либо
с ядрами атомов, либо с орбитальными электронами,
приводя к изменению свойств облучаемого
вещества.
Обычно различают первичную
и вторичную стадии этого процесса. Первичная
стадия, или прямой эффект, состоит в возбуждении
электронов, в смещении атомов из узлов
решётки, в возбуждении атомов и молекул
и в ядерных превращениях. Вторичные процессы
состоят в дальнейшем возбуждении и нарушении
структуры выбитыми (смещёнными) из «своих
мест» атомами, ионами и элементарными
частицами в результате первичных процессов.
Законы, которым они подчиняются, такие
же, как законы, управляющие первичными
стадиями процесса. Таким образом, частицы
или кванты высокой энергии могут вызвать
каскадный процесс с образованием большого
числа смещённых атомов, вакансий, ионизированных
атомов, электронов и т.д.
Современная интерпретация
изменений свойств веществ, возникающих
в результате взаимодействия ионизирующих
излучений, основывается на рассмотрении
процесса образования различных дефектов
в материале.
- Радиационные изменения в
материалах бывают следующих типов:
- Вакансии (вакантные узлы)
- Атомы примесей (примесные
атомы)
- Столкновения при замещениях
- Термические (тепловые) пики
- Пики смещения
- Ионизационные эффекты
Практическое
использование ионизирующих излучений.
Область применения ионизирующих
излучений очень широка:
- в промышленности –
это гигантские реакторы для
атомных электростанций, для опреснения
морской и засолённой воды, для
получения трансурановых элементов;
также их используют в активационном
анализе для быстрого определения
примесей в сплавах, металла в
руде, качества угля и т.п.; для
автоматизации различных процессов,
как то: измерение уровня жидкости,
плотности и влажности среды,
толщины слоя;
- на транспорте – это
мощные реакторы для надводных
и подводных кораблей;
- в сельском хозяйстве
– это установки для массового
облучения овощей с целью предохранения
их от плесени, мяса – от
порчи; выведение новых сортов
путём генетических мутаций;
- в геологии – это
нейтронный каротаж для поисков
нефти, активационный анализ для
поисков и сортировки металлических
руд, для определения массовой доли примесей
в естественных алмазах;
- в медицине – это изучение
производственных отравлений методом
меченых атомов, диагностика заболевания
при помощи активационного анализа,
метода меченых атомов и радиографии,
лечение опухолей γ-лучами и β-частицами,
стерилизация фармацевтических препаратов,
одежды, медицинских инструментов и оборудования
γ-излучением и т.д.
Основными областями применения ионизирующего
излучения являются: рентгенорадиологические
исследования, лучевая терапия, радиоизотопная
диагностика.
Источники и область
применения ионизирующих излучений
Развитие ядерной энергетики
и широкое применение источников ионизирующих
излучений (ИИ) в различных областях науки
и техники создали потенциальную угрозу
радиационной опасности для человека
и загрязнения окружающей среды радиоактивными
веществами.
Основными нормативными документами,
регулирующими радиационную безопасность,
являются:
· ГН 2.6.1.054-99. Нормы радиационной
безопасности (НРБ-99);
· ОСП-72/87. Основные санитарные
правила работы с радиоактивными веществами
и другими источниками ионизирующих излучений;
· федеральный закон “О радиационной
безопасности населения” (№ 3-ФЗ от 9 января
1996 года).
Радиация (от латинского слова
radiatio - излучение) характеризуется лучистой
энергией. Ионизирующим излучением называют
потоки частиц и электромагнитных квантов,
образующихся при ядерных превращениях,
т.е. в результате радиоактивного распада.
Чаще всего встречаются такие разновидности
ионизирующих излучений, как рентгеновское
и гамма-излучение, потоки альфа-частиц,
электронов, нейтронов и протонов. Ионизирующее
излучение прямо или косвенно вызывает
ионизацию среды, т.е. образование заряженных
атомов или молекул - ионов.
Альфа-частицы имеют незначительный
пробег (данные пробега альфа-частиц приведены
в зависимости от энергии.):
· в воздухе - до 11 см;
· в биологических тканях - 30-130
мкм;
· в алюминии - 16-69 мкм.
Бета-частицы обладают большей
проникающей и меньшей ионизирующей способностью,
чем альфа-частицы.
Пробег бета-частиц составляет:
· в воздухе несколько метров;
· в биологических тканях –
несколько сантиметров;
· в алюминии – несколько миллиметров.
Важнейшим свойством рентгеновского
излучения является его большая проникающая
способность.
Источниками ИИ могут быть природные
и искусственные радиоактивные вещества,
различного рода ядерно-технические установки,
медицинские препараты, многочисленные
контрольно-измерительные устройства
(дефектоскопия металлов, контроль качества
сварных соединений). Они используются
также в сельском хозяйстве, геологической
разведке, при борьбе со статическим электричеством
и др.
Специалисты и другие работники
могут сталкиваться с ионизирующими излучениями
при выполнении работ на ускорителях заряженных
частиц (синхрофазотронах), а также на
атомных электростанциях, урановых рудниках
и др.
Рентгеновское излучение представляет
собой электромагнитное излучение высокой
частоты и короткой длиной волны, возникающее
при бомбардировке вещества потоком электронов.
Важнейшим свойством рентгеновского излучения
является его большая проникающая способность.
Рентгеновские лучи могут возникать в
рентгеновских трубках, электронных микроскопах,
мощных генераторах, в выпрямительных
лампах, электронно-лучевых трубках и
др.
Гамма-излучение относится
к электромагнитному излучению и представляет
собой поток квантов энергии, распространяющихся
со скоростью света. Они обладают более
короткими длинами волн, чем рентгеновское
излучение. Гамма-излучение свободно проходит
через тело человека и другие материалы
без заметного ослабления и может создавать
вторичное и рассеянное излучение в средах,
через которые проходит. Интенсивность
облучения гамма-лучами снижается обратно
пропорционально квадрату расстояния
от точечного источника.
Нейтронное излучение - это поток нейтральных
частиц. Эти частицы вылетают из ядер атомов
при некоторых ядерных реакциях, в частности,
при реакциях деления ядер урана и плутония.
Вследствие того, что нейтроны не имеют
электрического заряда, нейтронное излучение
обладает большой проникающей способностью.
В зависимости от кинетической энергии
нейтроны условно делятся на: быстрые;
сверхбыстрые; промежуточные; медленные
и тепловые. Нейтронное излучение возникает
при работе ускорителей заряженных частиц
и реакторов, образующих мощные потоки
быстрых и тепловых нейтронов. Отличительной
особенностью нейтронного излучения является
способность превращать атомы стабильных
элементов в их радиоактивные изотопы,
что резко повышает опасность нейтронного
облучения.
9 Биологическое действие
ионизирующих излучений и способы защиты
от них
Различают два вида эффекта воздействия
на организм ионизирующих излучений: соматический
и генетический. При соматическом эффекте,
негативные последствия проявляются непосредственно
у облучаемого, при генетическом - у его
потомства.
Соматические эффекты могут быть ранними
или отдалёнными. Ранние возникают в период
от нескольких минут до 60 суток после облучения.
К ним относят покраснение и шелушение
кожи, помутнение хрусталика глаза, поражение
кроветворной системы, лучевая болезнь,
летальный исход. Отдалённые соматические
эффекты проявляются через несколько
месяцев или лет после облучения в виде
стойких изменений кожи, злокачественных
новообразований, снижения иммунитета,
сокращения продолжительности жизни.
При изучении действия излучения на организм
были выявлены следующие особенности:
1. Высокая эффективность поглощённой
энергии, даже малые её количества
могут вызвать глубокие биологические
изменения в организме.
2. Наличие скрытого (инкубационного)
периода проявления действия
ионизирующих излучений.
3. Действие от малых доз может
суммироваться или накапливаться.
4. Генетический эффект - воздействие
на потомство.
5. Различные органы живого организма
имеют свою чувствительность
к облучению.
6. Не каждый организм (человек) в
целом одинаково реагирует на
облучение.
7. Облучение зависит от частоты
воздействия. При одной и той
же дозе облучения вредные
последствия будут тем меньше,
чем более дробно оно получено во времени.
Ионизирующее излучение может оказывать
влияние на организм как при внешнем (особенно
рентгеновское и гамма-излучение), так
и при внутреннем (особенно альфа-частицы)
облучении. Внутреннее облучение происходит
при попадании внутрь организма через
лёгкие, кожу и органы пищеварения источников
ионизирующего излучения. Внутреннее
облучение более опасно, чем внешнее, так
как попавшие внутрь источники ИИ подвергают
непрерывному облучению ничем не защищённые
внутренние органы.
Под действием ионизирующего излучения
вода, являющаяся составной частью организма
человека, расщепляется, и образуются
ионы с разными зарядами. Полученные свободные
радикалы и окислители взаимодействуют
с молекулами органического вещества
ткани, окисляя и разрушая её. Нарушается
обмен веществ. Происходят изменения в
составе крови - снижается уровень эритроцитов,
лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов.
Поражение органов кроветворения разрушает
иммунную систему человека и приводит
к инфекционным осложнениям.
Местные поражения характеризуются лучевыми
ожогами кожи и слизистых оболочек. При
сильных ожогах образуются отёки, пузыри,
возможно, отмирание тканей (некрозы).
Смертельные поглощённые дозы для отдельных
частей тела следующие:
· голова - 20 Гр;
· нижняя часть живота - 50 Гр;
· грудная клетка - 100 Гр;
·конечности-200Гр.
Список использованной литературы
Безопасность жизнедеятельности/ Под ред. С. В. Белова.- 3-е изд., перераб.- М.: Высш. шк., 2001.-485с.