Оглавление

Глава 1.
Радиоактивные нуклиды

§1.1. Строение ядра и радиоактивный распад
1.1.1. Строение ядра
1.1.2. Радиоактивный распад
1.1.3. Изомеры
1.1.4. Внутренняя конверсия
1.1.5. Закон радиоактивного распада
1.1.6. Элементы, изотопы, нуклиды
1.1.7. Семейство изобар
§ 1.2. Ядерно-физические характеристики радионуклидов.
§ 1.3. Радиогенные нуклиды
1.3.1. Радиоактивные семейства
1.3.2. Излучения радиогенных нуклидов
§ 1.4. Трансурановые элементы
1.4.1. Общая характеристика проблемы трансурановых элементов
1.4.2. Плутоний ₉₄Pu
1.4.3. Америций ₉₅Am
1.4.4. Кюрий ₉₆Cm
1.4.5. Берклий ₉₇Bk
1.4.6. Калифорний ₉₈Cf
§ 1.5. Нуклиды – продукты деления
§ 1.6. Космогенные радионуклиды
1.6.1. Тритий ³H
1.6.2. Изотопы бериллия ⁷Be и ¹⁰Ве
1.6.3. Углерод-14 ¹⁴C
1.6.4. Изотопы натрия ²²Na и ²⁴Na
§ 1.7. Мёссбауэровские нуклиды
§ 1.8. Меченые атомы
§ 1.9. Некоторые особые радионуклиды: ⁸⁵Kr, ¹³¹I, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs.  
1.9.1. Криптон-85, ⁸⁵Kr
1.9.2. Йод-131, ¹³¹I
1.9.3. Изотопы цезия и стронций-90, ¹³⁷Cs, ¹³⁴Cs и ⁹⁰Sr
1.9.4. Калий-40, ⁴⁰K
§ 1.10. Применения радионуклидных источников
§ 1.11. Источники медицинского применения, диагностические и терапевтические
1.11.1. Радионуклиды для терапии
1.11.2. Радионуклиды для диагностики
1.11.3. Реакторные и ускорительные радионуклиды
1.11.4. Генераторные нуклиды
§ 1.12. Радионуклидные источники нейтронов

Глава 2.
Ускорители

§ 2.1. Классификация ускорителей.
§ 2.2. Ускорители для научных исследований
2.2.1. Циклотроны
2.2.2. Синхротроны и синхрофазотроны
2.2.3. Мезонные фабрики
2.2.4. Бетатроны
2.2.5. Микротроны
§ 2.3. Ускорители для радиационных технологий
2.3.1. Введение. Области применения. Требования к ускорителям.
2.3.2. Родотроны
2.3.3. Линейные ускорители прямого действия
2.3.3.1. Генераторы Кокрофта-Уолтона,
2.3.3.2. Динамитрон
2.3.3.3. Генераторы Ван де Граафа,
2.3.3.4. Пеллетроны.
2.3.3.5. Трансформаторные системы.
2.3.4. Линейные резонансные ускорители
§ 2.4. Синхротронное излучение
§ 2.5. Ионно-лучевые ускорители - имплантеры

Глава 3.
Ядерные реакторы

§ 3.1. Исследовательские реакторы
§ 3.2. Импульсные реакторы
§ 3.3. Энергетические реакторы
§ 3.4. Реакторы атомных ледоколов, авианосцев и подводных лодок.

Глава 4.
Генераторы нейтронов

Глава 5.
Естественный радиационный фон

§ 5.1. Космическое излучение.
§ 5.2. Земная радиация

Глава 6.
Антропогенный радиационный фон

Глава 7.
Медицинская радиационная диагностика

§ 7.1. Основы медицинской радиационной диагностики
§ 7.2. Проекционные планарные методы визуализации
§ 7.3. Вычислительная (компьютерная) томография
§ 7.4. Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)
§ 7.5. Позитронно-эмиссионная томография
§ 7.6. Магнитно-резонансная томография

Глава 8.
Радиационная терапия

§ 8.1. Основы радиационной терапии
§ 8.2. Рентгеновская и гамма-терапия
§ 8.3. Бета-терапия
§ 8.4. Внутреннее облучение (брахитерапия)
§ 8.5. Протонная терапия
§ 8.6. Ионная терапия
§ 8.7. Пионная терапия
§ 8.8. Антипротонная терапия
§ 8.9. Нейтронная терапия
§ 8.10. Нейтроннозахватная терапия

Глава 9.
Радиационная безопасность при работе с источниками излучений

§ 9.1. Общая характеристика проблем безопасности
§ 9.2. Работа с радионуклидными источниками
§ 9.3. Радиационная обстановка на ядерных реакторах
§ 9.4. Радиационная обстановка на ускорителях
§ 9.5. Дозы при медицинских диагностических и терапевтических процедурах.

Предисловие

    Явное взаимодействие человечества с ионизирующими излучениями насчитывает около 120 лет. До этого взаимодействие тоже было, но не явное. С самого возникновения первых признаков жизни на планете Земля все живые организмы были подвержены воздействию радиации. Весьма вероятно, что радиация сыграла заметную роль в возникновении жизни. Еще более вероятно, что в отсутствие радиации развитие живых организмов и процессы видообразования проходили бы гораздо медленнее и беднее. Появившееся человечество подвергались облучению, не подозревая об этом.  В частности, люди сталкивались с благотворным влиянием излучений на здоровье, не понимая истинной причины такого влияния. Лечебный эффект радоновых ванн был известен задолго до открытия радиоактивности.
    Проявляла радиации и свой зловредный, опасный характер. В тех случаях, когда интенсивность излучения превышала привычный естественный радиационный фон люди болели и погибали, также не подозревая об истинных причинах неприятностей. Так, из камня с большим содержанием урана в городе Яхимове, Чехия (ранее он назывался Йоахимсталь) в XV-XVII веках строили жилые дома. Средняя продолжительность жизни в таких домах была 35–40 лет. Заболевали и рабочие фабрик, где изготовляли краски на основе соединений урана для живописи по фарфору, керамических глазурей и эмалей.
    Примерно 120 лет назад были открыты сначала рентгеновское излучение (ноябрь 1995 г.), а затем радиоактивность (февраль 1996). И начался период бурного использования ионизирующих излучений.
    Эпоха взаимодействия человека с радиацией четко делится на два периода: первые 50 лет, до осуществления цепных реакций деления и последующий период вплоть до настоящего времени.
Практически сразу после открытия рентгеновского излучения была определена позитивная роль радиации. Уже к первому сообщению об открытии Рентген приложил рентгенограмму кисти руки. Стало понятно. что рентгеновское излучение может использоваться для просвечивания организма. несколько позднее выяснилось, что и рентгеновское излучение и излучения радия способны разрушать злокачественные опухоли. Были заложены основы радиационной терапии.
Однако и опасность воздействия излучений на человека прояснилась после открытия радиации довольно быстро. Так, в 1895 году помощник Рентгена В. Груббе получил радиационный ожог рук при работе с рентгеновскими лучами. Первооткрыватель радиоактивности А. Беккерель положил пробирку с вновь открытым элементом в жилетный карман, где она находилась несколько часов. В результате образовалась долго не заживающая язва. Cразу после открытия Рентгена с катодными трубками много работали Томас Эдисон, Уильям Мортон и Николай Тесла. Они заметили, что многочасовая работа с катодными трубками сопровождается воспалением кожи, резью в глазах, головными болями. Мучительные, долго не заживающие ожоги, развились у супругов Кюри. Русские учёные Е.С. Лондон и С.В. Гольдберг в опытах на себе в 1903 г. также убедились, что лучи радия вызывают тяжёлые ожоги.
    И физики, изучавшие радиоактивные излучения, и врачи, использовавшие эти излучения, первые годы работали с ними без всяких предосторожностей и защиты. Просвечивая своих пациентов, врачи ежедневно сами получали определённую дозу облучения. Скрытый вред, наносимый этими лучами, накапливался изо дня в день. Спустя 10-15 лет после такой практики началось массовое поражение врачей-рентгенологов злокачественными опухолями. Почти все энтузиасты этого нового метода диагностики погибли в течение нескольких лет.
В 1936 году в Гамбурге перед Госпиталем св. Георгия был установлен памятник «жертвам радия и Х-лучей». На монументе были начертаны имена 110 учёных и инженеров, ставших жертвой первых экспериментов с рентгеновскими лучами. В последующем на монумент постоянно наносились новые имена, и очень скоро его пришлось окружить дополнительными плитами.
После открытия деления урана, постройки первых реакторов и взрывов первых атомных бомб начался новый этап во взаимодействии человека с ионизирующим излучением. Состоялось первое и пока последнее военное использование атомного оружия при бомбардировке японских городов Хиросима и Нагасаки. Началось строительство ядерных реакторов, предприятий по обогащению урана и переработке ядерного топлива. Огромную роль в науке и в развитии радиационных технологий сыграли ускорители заряженных частиц. Было получено большое количество новых радиоактивных нуклидов
    Справедливости ради надо сказать, что и реакторы и ускорители появились задолго до нашего времени. Примерно два миллиарда лет назад в районе местечка, которое теперь называется Окло, на территории современного африканского государства Габон действовал на протяжении более нескольких тысяч лет природный ядерный реактор. В космических лучах на Землю приходят частицы, ускоренные в космических ускорителях до таких энергий, которые получить на земных ускорителях не представляется возможным в пределах времени, которое может охватить своим взглядом любой футурист.
    В результате длительной, напряженной, а порой и драматичной работы выяснилось, что излучения, выходящие из атома, не только несут колоссальную энергию и богатую информацию об обширном субатомном мире, но и являются мощнейшим инструментом в исследованиях и технологии. К настоящему времени они используются практически во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства, охране окружающей среды, в геологии, биологии, криминалистике, археологии, искусствоведении, ювелирном деле и во многих других сферах человеческой деятельности. Хорошо известна роль ядерных излучений в медицине, где они играют важнейшую роль и в диагностике, и в терапии. Возникли самостоятельные отрасли – ядерная энергетика и радиоизотопное приборостроение. Существенно, что ядерные излучения воздействуют на вещество и могут изменять его характеристики, в частности, в желательном для человека направлении.
    Однако из-за печального опыта военного применения ядерного оружия, из-за сложившейся неблагоприятной репутации ядерных излучений, из-за особых свойств ядерных излучений – их невидимости, отсутствии запаха, вкуса, из-за некоторых опасных происшествий в сфере ядерной энергетики в обществе создалась некоторая негативная атмосфера, отталкивающая людей от этой области знаний и деятельности. Большая часть негативных реакций общественности вызвана недопониманием, недостатком достоверной информации. Требуется длительная и постоянная работа по демонстрации благоприятных, безопасных, а часто, совершенно необходимых аспектов использования радиационных технологий.
    Тема "Источники излучений" чрезвычайно обширна и многообразна. С одной стороны, источники излучений – это инструменты, позволяющие решать определенные задачи в науке, различных отраслях хозяйства и медицине. С другой стороны, источники изучений – это основная причина радиационной опасности. Грамотное использование источников излучений позволяет с одной стороны удовлетворить фундаментальные потребности человечества, создает конкурентные преимущества в производстве, повышает наши знания о природе и о процессах в ней происходящих. С другой стороны чётко определены и сформулированы правила обращения с источниками ионизирующих излучений и если бы эти правила всегда неукоснительно выполнялись, работа с ионизирующими излучениями была бы одной из самых безопасных сфер человеческой деятельности.
    Целью данной книги является изложение принципов, лежащих в основе использования различных источников излучений. Книга предназначена для студентов, аспирантов и преподавателей инженерно-физических и технических специальностей, для инженеров и специалистов различных отраслей промышленности, использующих источники ионизирующих излучений в своей работе или пользующиеся результатом их воздействий на вещество и биологические структуры, а также для читателей, интересующихся современными проблемами, связанными с использованием источников ионизирующих излучений.