Стерилизация гамма-излучением – что это такое?
Наши изделия серии «СтериПласт» (SteriPlast®) подвергаются стерилизации гамма-лучами, в результате которой уничтожаются все имеющиеся на их поверхности микроорганизмы. Но что же конкретно представляют собой гамма-лучи, и как они обеспечивают стерилизацию изделий Bürkle?
Что такое гамма-лучи, и как они действуют?
Гамма-лучи – это электромагнитные волны (как и световые, инфракрасные или ультрафиолетовые лучи). В то же время, гамма-лучи имеют более короткую длину волны и поэтому обладают большей энергией.
При облучении эта энергия передаётся на электроны молекул изделий, создавая при этом высокоактивные радикалы. Именно поэтому такое излучение называют ионизирующим. Свободные радикалы разрушают ДНК имеющихся микроорганизмов, предотвращая их размножение и способствуя их гибели. Облучённое изделие становится стерильным.
Поскольку гамма-излучение воздействует только на электронную оболочку молекул, исключается вероятность того, что само облучённое изделие станет радиоактивным.
Энергия, поглощаемая при облучении, измеряется в килогрэях (кГр). Такая адсорбированная энергия зависит от различных факторов (например, время экспозиции, доза облучения, плотность материала, размер упаковки), а её замеры контролируются с помощью дозиметра. Таким образом обеспечивается точность дозирования облучения для каждого изделия.
Как происходит облучение?
Процесс облучения протекает в специальной установке. Необходимые для этой процедуры гамма-лучи возникают вследствие распада радиоактивного изотопа – кобальта 60. Он помещается в цилиндр из нержавеющей стали внутри установки и становится источником излучения. В ходе процедуры стерилизации система подачи располагает обрабатываемые изделия вокруг источника излучения.
Чтобы безопасно проникать внутрь установки, источник излучения можно погрузить в резервуар с водой, которая экранирует лучи.
Большим преимуществом гамма-излучения является его хорошая проникающая способность, благодаря которой изделия можно стерилизовать в раздельных упаковках. Это обстоятельство упрощает производственный процесс и гарантирует отсутствие загрязнений вследствие последующей упаковки изделий.
Преимущества стерилизации гамма-лучами
- Надёжная и эффективная процедура стерилизации
- Гибкие и разнообразные возможности применения
- Хорошая проникающая способность позволяет производить облучение в упаковке
- Щадящая процедура для изделий, поскольку она не требует повышения температуры
- Никаких остатков химикалий или токсичных веществ в изделии
- Изделия можно использовать сразу же после облучения
Излучение
Различают три основных типа радиоактивного излучения:
- Альфа-излучение, состоящее из ядер гелия (двух протонов и двух нейтронов), называемых также «альфа-частицами». Распространение этих частиц в воздухе составляет лишь несколько сантиметров. Преградой для них может служить простой лист бумаги.
- Бета-излучение состоит из высокоэнергичных электронов, испускаемых при распаде радионуклидов. Достаточно листа алюминия или простого оконного стекла для того, чтобы помешать распространению электронов.
- Гамма-излучение: электромагнитное излучение той же природы, что видимый свет (фотоны, Х-ray), но имеющее большую энергию и проникающую способность. Чтобы остановить его распространение, нужна защита из свинца или бетона.
- Нейтронное излучение состоит из частиц атомного ядра – нейтронов, и является высокопроникающим.
Существует множество других видов излучения, таких как мезонное, излучение нейтрино и другие. Но они встречаются крайне редко и характерны только для космических объектов и исследовательских установок.
- Радиоактивность
- Излучение
- Уровень активности, период полураспада
- Как измеряют радиоактивность
- Природная и искусственная радиоактивность
- Критерии отнесения твердых, жидких и газообразных отходов к радиоактивным отходам
- Критерии отнесения радиоактивных отходов к особым или удаляемым РАО
- Критерии классификации удаляемых радиоактивных отходов
- Классы РАО
НО РАО
© ФГУП «Национальный оператор
по обращению с радиоактивными отходами»119017, Москва,
ул. Пятницкая, д. 49А, стр. 2- О предприятии
- Радиоактивные отходы
- СГУК РВ и РАО
- Пресс-центр
- Поставщикам
- Экология
- Горячая линия
- Контакты
- Международная деятельность
- Устойчивое развитие
- Подземная исследовательская лаборатория
- Госкорпорация РОСАТОМ
- Структура атомной отрасли
Гамма-излучение, виды, свойства и применение
«Гамма-излучение — это разновидность электромагнитного излучения, которое характеризуется очень высокой энергией и длиной волны. Оно возникает в результате ядерных реакций и распада радиоактивных элементов. «
Содержание:
2. Виды гамма-излучения
Открытие гамма-излучения
Это одно из самых важных открытий в истории физики. В 1865 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген обнаружил, что некоторые вещества испускают невидимые лучи, которые могут проникать через непрозрачные материалы. Эти лучи были названы рентгеновскими лучами, в честь немецкого физика Рентгена.
Открытие рентгеновских лучей стало настоящим прорывом в науке, поскольку они позволили ученым изучать структуру атомов и молекул. Оно нашло применение в медицине, где они используются для диагностики различных заболеваний.
В 1900 году, когда немецкий физик Макс фон Лауэ обнаружил, что при прохождении рентгеновских лучей через кристаллы, они вызывают рассеяние, которое можно наблюдать с помощью дифракции.
Это открытие привело к пониманию того, что рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами и что существует еще один тип электромагнитного излучения, который не виден глазу, но может быть обнаружен с помощью специальных приборов.
В 1914 году, американский физик Пьер Кюри и его ассистент Гамильтон использовали специальный прибор, называемый гамма-спектрометром, для обнаружения гамма-лучей от радиоактивных источников.
Ученые обнаружили, что гамма-лучи имеют высокую энергию и обладают высокой проникающей способностью, и что они могут быть использованы для изучения свойств радиоактивных элементов.
Однако, открытие рентгеновских лучей было не единственным достижением в области физики. В 1932 году английский физик Джеймс Чедвик открыл нейтрон, который является частицей, не имеющей электрического заряда. Нейтроны также играют важную роль в ядерной физике и используются для изучения строения атомных ядер.
Таким образом, открытие гамма-излучения и рентгеновских лучей является одним из ключевых моментов в развитии физики и других наук. Эти открытия позволили ученым лучше понимать структуру материи и использовать их для решения различных задач в науке и технике.
Виды гамма-излучения
Гамма-излучения имеют длину волны в диапазоне от 10^ до 10^ метров и могут быть обнаружены с помощью специальных детекторов. В зависимости от источника гамма-излучение может иметь различные свойства и применяться в различных областях науки и техники.
- Гамма-лучи низкой энергии (0,1-1 МэВ) используются для изучения структуры атомов и молекул с помощью гамма-резонансной спектроскопии.
- Средней энергии (1-10 МэВ) применяются в медицине для диагностики и лечения онкологических заболеваний, а также для радиотерапии.
- Высокой энергии (более 10 МэВ) могут использоваться в научных исследованиях для изучения свойств материалов и создания источников энергии.
- Очень высокой энергии (десятки и сотни МэВ) могут создавать космические лучи, которые проникают в атмосферу Земли и могут вызывать ядерные реакции в верхних слоях атмосферы.
- Гамма-радиация может быть использована для обнаружения ядерных материалов и радиоактивных веществ в окружающей среде.
- Гамма-излучением высокой интенсивности можно создавать лазеры на основе атомов, что может привести к созданию новых технологий в области оптики и квантовых вычислений.
- Гамма-кванты могут быть использованы для создания гамма-лазеров, которые могут работать на длине волны порядка нанометра и иметь высокую мощность.
Свойства гамма-излучения
Высокая энергия
Фотон гамма-излучения имеет энергию, которая гораздо больше, чем энергия фотонов других видов излучения. Эта энергия измеряется в единицах, называемых электрон-вольтами (эВ). Один эВ равен энергии, которую получает электрон, когда он ускоряется до скорости один метр в секунду. Гамма-излучение способно проникать через большинство материалов, включая кости, мышцы и ткани организма.
Ионизация
Гамма-кванты обладают высокой энергией, что означает, что они могут ионизировать атомы в веществе, которое они проходят. Это может привести к образованию свободных радикалов, которые могут повредить клетки и ткани.
Невидимость
Излучение невидимо для человеческого глаза, поэтому не может быть обнаружено визуально. Однако, может зафиксировано с помощью специальных детекторов.
Длина волны
Короткая длина волны — 10^-14 м, что позволяет проникать глубоко в ткани и органы. Это делает гамма-излучение полезным для диагностики заболеваний, связанных с изменениями в тканях и органах.
Воздействие на клетки
Гамма-излучение может повреждать клетки, что может привести к различным заболеваниям, таким как рак. Однако, при правильном использовании, гамма-лучи могут быть использованы для лечения рака и других заболеваний.
Источники гамма-излучения
Вот несколько основных источников гамма-излучения:
- Солнечные вспышки: могут вызвать образование гамма-лучей в результате взаимодействия магнитных полей Солнца с частицами в атмосфере Земли.
- Радиационное излучение: ядерные реакторы или ускорители частиц, могут производить гамма-излучение в процессе своей работы.
- Радиоактивные материалы: напрмер, уран, торий и плутоний, могут излучать гамма-лучи при распаде своих ядер.
- Космические лучи: такие как протоны, нейтроны и другие заряженные частицы, могут попасть на Землю и вызвать образование гамма-лучей при взаимодействии с атмосферой.
- Атомные бомбы: при ядерных взрывах образуются гамма-лучи в результате ядерного деления или синтеза.
- Рентгеновские аппараты: могут производить небольшое количество гамма-излучения при работе.
- Другие источники: например, космические объекты, такие как черные дыры, и солнечные вспышки.
Доза гамма-излучения
Доза гамма-излучения (Гр) — это единица измерения, используемая для выражения количества энергии, поглощенной телом в результате воздействия гамма-излучения. Единица измерения Гр является международной и используется во многих странах мира.
Гр измеряется в джоулях на килограмм (Дж/кг). Для расчета дозы необходимо знать мощность дозы (Вт/кг), продолжительность воздействия излучения (с) и массу тела (кг). Формула для расчета дозы выглядит следующим образом:
D = P * t * m
- P — мощность дозы в Вт/кг
- t — продолжительность воздействия в секундах
- m — масса тела в килограммах
Например, если человек массой 70 кг находится в зоне с мощностью дозы 1 Вт/кг в течение 1 часа, то его доза будет равна:
D = 1 Вт/кг * 1 ч * 70 кг = 70 Дж/кг = 0,07 Гр
Таким образом, доза гамма-излучения зависит от мощности дозы, продолжительности воздействия и массы тела. При работе с источниками радиоактивного излучения необходимо учитывать дозу и принимать меры для ее снижения.
Применение гамма-излучения
Широкий спектр применения в различных областях, включая медицину, науку, промышленность и безопасность. Ниже представлены некоторые из наиболее распространенных способов использования гамма-излучения:
- Медицина: часто используется для диагностики и лечения различных заболеваний. Например, оно может применяться для обнаружения рака, исследования внутренних органов, лечения опухолей и даже для улучшения иммунной системы
- Наука: используется для изучения свойств ядер и атомных реакций, а также для исследования радиоактивных изотопов. Кроме того, гамма-излучение можно применять для создания рентгеновских снимков и других исследований в области медицины и физики.
- Производство: применятся в производстве для обработки различных материалов, таких как металлы, керамика и пластмассы. Оно может применяться для улучшения свойств материала, например, увеличения прочности или улучшения качества поверхности.
- Безопасность: гамма-излучение важно для обеспечения безопасности на атомных электростанциях, рентгеновских лабораториях, радиологических отделениях и других местах с высоким уровнем радиации. Оно используется для обнаружения радиационных опасностей и контроля уровня радиации.
- Астрофизика: используется в астрофизике для изучения космических объектов и процессов. Например, с помощью гамма-излучения можно исследовать черные дыры, нейтронные звезды и другие космические объекты.
Это лишь некоторые из множества способов использования гамма-излучения. Оно играет важную роль во многих областях науки и технологий, и его применение продолжает расширяться.
Гамма-излучение
Га́мма-излуче́ние ( γ \gamma γ -излучение), коротковолновое электромагнитное излучение , принадлежащее к наиболее высокочастотной части спектра электромагнитных волн . Возникает при распаде атомных ядер и элементарных частиц и способно вызывать их превращения.
Гамма-излучение открыто в 1900 г. П. Вилларом как составляющая излучения радиоактивных ядер, которая в отличие от α \alpha α — и β \beta β -излучений не отклоняется магнитным полем . В 1914 г. Э. Резерфорд и Э. Андраде в опытах по дифракции на кристалле гамма-излучения доказали его электромагнитную природу.
На шкале электромагнитных волн гамма-излучение соседствует с рентгеновским излучением , но имеет более короткую длину волны: λ ≤ 1 0 − 10 \lambda \le 10^ λ ≤ 1 0 − 10 м. При столь малых значениях длины волны на первый план выходят корпускулярные свойства гамма-излучения, его можно рассматривать как поток частиц ( гамма-квантов ). Их энергия, как и энергия других фотонов , определяется соотношением E = h ν = h c / λ E = h\nu = hc/\lambda E = h ν = h c / λ , где h h h – постоянная Планка , ν \nu ν – частота электромагнитных волн, c c c – скорость света .
Источники гамма-излучения
Частота гамма-излучения превышает 3 ⋅ 1 0 18 3\cdot10^ 3 ⋅ 1 0 18 Гц, что соответствует скоростям электромагнитных процессов, протекающих внутри атомных ядер и адронов . Поэтому источниками гамма-излучения могут быть атомные ядра и частицы, а также ядерные реакции и реакции между частицами, в частности аннигиляция пар частица–античастица . И наоборот, гамма-излучение может поглощаться атомными ядрами, что способствует превращению частиц.
Гамма-излучение ядер испускается при переходах ядра из состояний с большей энергией в состояния с меньшей энергией. Энергии испускаемых гамма-квантов с точностью до энергии отдачи ядра (незначительная величина) равны разностям энергий этих состояний (уровней) ядра. Рис. 1. Энергетический спектр гамма-квантов, испускаемых при распаде возбуждённого ядра урана-238 (238U). Спектр получен по данным исследований Ричарда Даймонда и Фрэнка Стивенса в 1967 г. Репродукция иллюстрации из книги: Бор О., Моттельсон Б. Структура атомного ядра. Том 2. Деформация ядер. Москва, 1977. Рис. 1. Энергетический спектр гамма-квантов, испускаемых при распаде возбуждённого ядра урана-238 (238U). Спектр получен по данным исследований Ричарда Даймонда и Фрэнка Стивенса в 1967 г. Репродукция иллюстрации из книги: Бор О., Моттельсон Б. Структура атомного ядра. Том 2. Деформация ядер. Москва, 1977. Энергии ядерного гамма-излучения обычно лежат в интервале от нескольких кэВ до 8–10 МэВ; спектр этого излучения линейчатый, т. е. состоит из ряда дискретных линий. Изучение спектров ядерного гамма-излучения позволяет определить энергии уровней ядра (рис. 1). При распадах частиц и реакциях с их участием испускаются гамма-кванты с бóльшими энергиями: десятки–сотни мегаэлектронвольт. Изучение спектров ядерного гамма-излучения и гамма-излучения, возникающего в процессах взаимодействия частиц, даёт важную информацию о структуре этих микрообъектов.
Гамма-излучение возникает также при торможении быстрых заряженных частиц в кулоновском поле ядер и электронов вещества (тормозное гамма-излучение) или при их движении в сильных магнитных полях ( синхротронное излучение ). Тормозное гамма-излучение имеет сплошной, спадающий с ростом энергии спектр, верхняя граница которого совпадает с кинетической энергией заряженной частицы. На ускорителях заряженных частиц получают тормозное гамма-излучение с энергиями до нескольких десятков ГэВ и более.
Источниками гамма-излучения являются также процессы, происходящие в космическом пространстве . Космические гамма-лучи приходят от пульсаров , радиогалактик , квазаров , сверхновых звёзд .
Гамма-излучение можно получить при соударении электронов большой энергии, получаемых на ускорителе, с интенсивными пучками видимого света , создаваемыми лазерами . При этом электрон передаёт свою энергию световому фотону, который превращается в гамма-квант. Аналогичное явление может иметь место и в космическом пространстве в результате соударений фотонов с большой длиной волны с быстрыми электронами, ускоренными электромагнитными полями космических объектов.
Взаимодействие с веществом
Рис. 2. Полный коэффициент поглощения в свинце гамма-квантов с энергиями от 10 кэВ до 10 МэВ и вклады в этот коэффициент различных процессов взаимодействия гамма-квантов с веществом. Рис. 2. Полный коэффициент поглощения в свинце гамма-квантов с энергиями от 10 кэВ до 10 МэВ и вклады в этот коэффициент различных процессов взаимодействия гамма-квантов с веществом. Гамма-излучение обладает большой проникающей способностью, т. е. может проходить сквозь значительную толщину вещества. Интенсивность I ( x ) I(x) I ( x ) узкого пучка моноэнергетических гамма-квантов для не очень больших x x x падает экспоненциально с ростом x x x : I ( x ) = I ( 0 ) ⋅ e – μ x , I(x) = I(0) \cdot e^<–\mu x>, I ( x ) = I ( 0 ) ⋅ e – μx , где μ \mu μ – полный коэффициент поглощения, выраженный в см –1 , если x x x измеряется в сантиметрах. Основными процессами взаимодействия гамма-излучения с веществом являются фотоэлектрическое поглощение ( фотоэффект ), комптоновское рассеяние ( эффект Комптона ) и образование пар электрон–позитрон. При фотоэффекте гамма-квант выбивает из атома один из его электронов, а сам исчезает. При комптон-эффекте гамма-квант рассеивается на одном из слабо связанных с атомом или свободных электронов вещества. Если энергия гамма-кванта превышает 1,02 МэВ, то в электрическом поле ядер возможно его превращение в пару электрон–позитрон (процесс, обратный аннигиляции электрона и позитрона). Каждый из этих трёх процессов характеризуется своим коэффициентом поглощения: μ ф \mu_ μ ф (фотоэффект), μ К \mu_ μ К (эффект Комптона), μ п \mu_ μ п (образование пар). Полный коэффициент поглощения является суммой этих коэффициентов: μ = μ ф + μ К + μ п \mu = \mu_ + \mu_ + \mu_ μ = μ ф + μ К + μ п (рис. 2).
Применение гамма-излучения
Гамма-излучение широко используется в различных областях человеческой деятельности, таких как дефектоскопия , таможенный контроль , радиационная химия (инициирование химических превращений, например при полимеризации ), сельское хозяйство (мутации, вызванные воздействием гамма-излучения, применяют для генерации хозяйственно-полезных форм), пищевая промышленность ( стерилизация продуктов), медицина ( стерилизация помещений, предметов, лучевая терапия ) и др.
Воздействие на организм
Гамма-излучение воздействует на живые клетки подобно другим видам ионизирующих излучений . Организмы подвергаются постоянному воздействию гамма-излучения, входящего в состав космических лучей , а также испускаемого радиоактивными элементами, находящимися в рассеянном виде в почве, горных породах , атмосфере и воде. Основными источниками гамма-излучения естественного происхождения являются радиоактивные изотопы 226 Ra , ^\text, 226 Ra , 60 Co ^\text 60 Co и 137 Cs . ^\text. 137 Cs . Поскольку интенсивность всех этих источников гамма-излучения невелика, они не представляют прямой опасности для живых организмов.
Искусственными источниками гамма-излучения являются главным образом ускорители электронов ( бетатрон , линейные ускорители электронов и др.), отходы атомных электростанций и радиоактивные заражения местности, возникшие в результате испытаний ядерного оружия . Воздействие гамма-излучения на живой организм является результатом столкновения вторичного электрона или другой заряженной частицы, рождаемой гамма-квантом, с клетками организма. Эффекты такого воздействия общие для всех видов радиоактивного излучения – могут возникать изменения молекул тканей организма. Важным обстоятельством является то, что, вследствие высокой проникающей способности гамма-излучения, оно воздействует на весь организм.
Среднегодовая эквивалентная доза излучения , получаемая человеком от естественного радиационного фона и искусственных источников излучения, составляет примерно 3,2 мЗв. Из них около 75 % приходится на воздействие природного радиационного фона и 20 % на воздействие излучений в ходе медицинских исследований, включающих диагностику и лечение. В последнем виде облучения основную роль играет рентгеновское и гамма-излучение.
Опубликовано 6 марта 2023 г. в 17:18 (GMT+3). Последнее обновление 6 марта 2023 г. в 17:18 (GMT+3). Связаться с редакцией