Довідковий матеріал. Для проведення екологічного дослідження дії іонізуючого випромінювання на довкілля необхідне розуміння радіаційного поля

 

Для проведення екологічного дослідження дії іонізуючого випромінювання на довкілля необхідне розуміння радіаційного поля, тобто простору, в якому реєструється це випромінювання. Специфіку радіаційного поля аналізують методами радіометрії. До основних радіометричних параметрів, які вивчаються за допомогою лабораторних методів, відносять:

· кількість альфа- і бета-частинок випромінених, перенесених або поглинутих опромінюваним об’єктом;

· потік іонізуючих частинок або випромінювання;

· щільність потоку іонізуючих частинок та випромінювання;

· міграція іонізуючих частинок або випромінювання;

· енергія іонізуючого випромінювання.

У результаті взаємодії іонізуючої радіації з довкіллям передусім відбуваються структурні зміни або розпад (радіоліз) на рівні молекул і атомів. Ці зміни супроводжуються подальшими молекулярними перетвореннями, що зумовлюють появу нових хімічних речовин і впливають на трансформаційні процеси в екосистемах. Вивчення процесів перетворення екосистем на молекулярному рівні неможливе у польових умовах за допомогою простих й компактних дозиметрів. Воно потребує проведення детальних досліджень у спеціально обладнаних наукових лабораторіях з радіометрії чи радіоспектроскопії.

Радіаційно-хімічні і радіоспектроскопічні методи. Дія іонізуючого випромінювання на хімічні сполуки супроводжується зміною їхнього складу. Кількість молекул, що зазнали відповідних перетворень, залежить від дози їхнього опромінення. На цьому принципі ґрунтується дія хімічних дозиметрів. Для визначення особливостей радіаційно-хімічних реакцій речовини застосовуються різні методи досліджень, з яких найчастіше використовують спектроскопію, а також методи реєстрації флуоресценції й хемілюмінесценції. Методи спектроскопії і люмінесценції дають можливість виявлення первинних хімічних форм, що виникають унаслідок поглинання енергії іонізуючого випромінювання, а також допомагають вивчати природу походження певних станів молекул і атомів, реєструвати проміжні продукти радіаційно-хімічних перетворень речовин із дуже коротким періодом існування.

Для вивчення швидкоплинних процесів радіолізу застосовують різні методи спектроскопії, зокрема абсорбційну спектроскопію, раманову, резонансну спектроскопію, спектроскопію електронного парамагнітного резонансу. Використовуючи ці методи, об’єкт дослідження опромінюють певними нормованими порціями радіації, спостерігаючи за появою нових хімічних форм.

Люмінесценція, що супроводжує процес опромінення деяких хімічних речовин радіацією, також дає можливість вивчити явища трансформації екосистем на молекулярному рівні. Збуджені іонізацією електрони випромінюють флуоресцентне або люмінесцентне світло, що дає змогу досліджувати процеси заміни катіон-електронних пар у хімічних розчинах.

Перевага хімічних детекторів полягає у можливості вибору таких речовин, які за чутливістю мало відрізняються від тканин організму. Хімічні детектори можна використовувати для виміру високих доз γ-випромінювання. Основними типами таких детекторів є рідинні, на основі хлорвмісних вуглеводнів.

Інші методи радіометрії. Авторадіографічний метод полягає в аналізі інформації за допомогою фотографічних зображень, одержаних у результаті дії іонізуючого випромінювання від об’єктів дослідження на різні фоточутливі матеріали. Цей метод використовують для визначення просторової локалізації джерел високої радіоактивності в межах досліджуваного об’єкта. Як фоточутливі матеріали використовують рентгенівську чи фотополімерну плівки, різні фотопластинки і особливі ядерні емульсії.

Біологічний метод. Деякі види рослин і тварин є надзвичайно чутливими до дії іонізуючого випромінювання і разом з тим вони не реагують на багаторазове повторення їхнього опромінення. Реакцію таких біологічних об’єктів на опромінення використовують як оригінальні радіобіологічні дозиметри.

Дослідження біологічної індикації дії іонізуючих випромінювань мають певні історичні традиції. Набуто значний досвід, який дає змогу виділити декілька груп методів з урахуванням того, що використано досягнення тих чи інших галузей біології і медицини:

1. Біохімічні методи оцінюють пострадіаційні біохімічні зміни в біологічних рідинах і тканинах.

2. Біофізичні методи, які реєструють зміни в біосполуках за допомогою біофізичних підходів.

3. Цитогенетичні методи, які оцінюють зміни якості, співвідношення величини клітин (наприклад, клітин крові), а також їхніх цитохімічних і цитофункціональних властивостей.

4. Цитогенетичні методи, засновані на аналізі хромосомних аберацій в соматичних клітинах.

5. Імунологічні методи, у яких беруть до уваги імунний статус організму і його зміни під час іонізуючого опромінення.

Іонізаційний метод ґрунтується на здатності радіоактивних частинок рухатися з великою швидкістю, спричиняючи іонізацію газів. Іонізаційні дозиметри являють собою герметичні камери, заповнені певним газом, з двома підведеними електродами, до яких під’єднано високу напругу. Як тільки у камері з’являються носії електричного заряду (іони), виникає імпульс струму, силу якого реєструють за допомогою високочутливого гальванометра.

Напівпровідниковий метод здійснюється за допомогою приладів, в яких за детектор іонізуючого випромінювання служить напівпровідник, електропровідність якого змінюється під впливом радіації. Більшість напівпровідників реагують лише на нейтронне випромінювання, тому їх переважно використовують у радіометрії нейтронів.

Сцинтиляційний метод. Високочутливим щодо реєстрації іонізуючого випромінювання вважається метод, що ґрунтується на використанні сцинтиляторів – органічних чи неорганічних речовин у вигляді хімічних розчинів або кристалів, наприклад йодиду натрію, нафталіну, антрацену. У сцинтиляторах під дією іонізуючого випромінювання виникають світлові спалахи, які реєструються за допомогою фотоелектронного множника. Цей ефект застосовують у сцинтилятивних дозиметрах.

Сьогодні дослідники мають досить широкий вибір щодо сцинтиляторів (СЦ). СЦ класифікують так:

1) неорганічні: ZnS(Ag), NaI(Tl), CsI(Tl), AgI(Sn) тощо (в дужках після формул вказаний активатор);

2) кристалічні органічні: антрацен, транс-стільбен, нафталін тощо;

3) рідкі органічні: розчини паратерфенілу в ксилолі або в діоксані, розчин паратерфенілу в ксилолі, що містить дифенілгексатриєн тощо;

4) пластмасові сцинтилятори у вигляді твердих розчинів, які виготовляють на основі полістиролу, в яких перед полімеризацією вводять паратерфеніл або деякі інші ароматичні сполуки;

5) газоподібні: ксенон та інші інертні гази.

Крім розглянутих лабораторних радіометричних методів відомі й інші методики радіометрії, які виникли в результаті синтезу науково-методичних підходів у радіаційній фізиці, радіаційній хімії, радіобіології і радіаційній генетиці.

Тестові завдання для самоконтролю знань:

 

1. Який метод оснований на вимірюванні ступеня почорніння фотоемульсії під впливом іонізуючих випромінень: а) хімічний; б) сцинтиляційний; в) люмінесцентний; г) біологічний; д) фотографічний.

2. Для вивчення швидкоплинних процесів радіолізу застосовують методи: а) спектроскопії; б) люмінесценції; в) авторадіографії.

3. Який з перелічених методів має низьку чутливість до малих доз опромінення: а) хімічний; б) сцинтиляційний; в) люмінесцентний; г) біологічний; д) фотографічний.

4. Які прилади дозиметричного контролю працюють за принципом сцинтиляційного методу?

5. Який метод оснований на тому, що під дією іонізуючих випромінень в опромінених об’єктах підвищується температура: а) хімічний; б) сцинтиляційний; в) люмінесцентний; г) біологічний; д) калориметричний.

6. Які прилади дозиметричного контролю працюють за принципом іонізаційного методу?

7. Які методи використовують для визначення радіоактивності: а) біологічний; б) абсолютний; в) калориметричний; г) розрахунковий; д) відносний.

8. Який метод оснований на реєстрації імпульсів, що надходять від детектора на блок реєстрації і подальшій математичній обробці отриманих цифрових показників: а) біологічний; б) абсолютний; в) калориметричний; г) розрахунковий; д) відносний.

9. Який метод вважається високочутливим щодо реєстрації іонізуючого випромінювання: а) хімічний; б) сцинтиляційний; в) люмінесцентний; г) біологічний; д) фотографічний.

10. Що служить детекторами для виявлення та вимірювання іонізації: а) сцинтилятори; б) фосфатні скельця; в) пропорційні лічильники; г) фотоплівки; д) іонізаційні камери.