Недавно из Страны восходящего солнца на крыльях радиационного облака прилетела страшная новость: на Фукусиме новая утечка, которую даже роботами не залатать. Через два часа они выходят из строя, что уж говорить про людей.
После таких заявлений хочется надеть на себя цинковый костюм и уехать куда-нибудь, где нет радиации. Но она есть везде - так уж устроен космос, человек тут совсем не при чем. Мы знаем про радиацию очень много: знаем, что она вызывает мутации, убивает, и на этом, в общем-то, наши познания заканчиваются. Но чем больше про нее узнаешь, тем спокойнее живешь.
1. Всё идет из космоса
Культура и Чернобыль научили нас паниковать при одном лишь упоминании слова «радиация». Но это всё равно что бояться своей кожи или жидкостей, поскольку радиация окружает нас повсюду. Она среди нас, она от нас неотделима. Каждый день ты контактируешь с радиоактивным, и дело вовсе не в АЭС, атомных подводных лодках и современных гаджетах. Мы просто живем в радиоактивной среде. 85% ежегодной дозы облучения - это так называемая природная радиация. Часть ее формируется из-за космического излучения. Но на протяжении всей истории не было идиотов, ходящих со свинцовыми зонтиками, зато есть люди, которые живут больше ста лет и не болеют. Если уж на то пошло, то самый сильный в истории выброс радиации произошел в 2004 году, и ни Чернобыль, ни Фукусима здесь не при чем. Виновата нейтронная звезда, находящаяся в 50 тысячах световых лет от нашей планеты.
Да что там, в ближайшие несколько тысяч лет система двойной звезды WR 104 должна превратиться в сверхновую. Этот выброс радиации может вызвать на Земле массовое вымирание, а может и не вызвать. В любом случае, бояться нужно именно таких доз.
2. Радиация - жизнь?
Научные факты говорят о том, что чем выше в гору, тем большему космическому излучению подвергается организм. То есть мы получаем меньше защиты от вредного излучения, когда поднимаемся всё дальше от земли. Казалось бы, всё очень плохо, но несмотря на высокий уровень излучения, наука выявила одну интересную особенность: у жителей горных местностей продолжительность жизни гораздо выше. В чем причина - сказать сложно, может быть, радиация является причиной их отменного здоровья. Четкого ответа, увы, нет. Зато недавно был обнаружен еще один плюс в копилку радиации. Оказывается, радиоактивный йод способен обнаружить и уничтожить в организме клетки больной щитовидной железы, даже если они успели поразить другие органы. То есть в перспективе радиацию можно использовать в лечении ненавистного рака.
3. Не всё так хорошо
Впрочем, не всё так гладко. На заре эпохи радиации ее использовали и в хвост, и в гриву, даже в медицине. Например, один врач-шарлатан продавал облученную радием воду, которая рекламировалась как лекарство от артрита, ревматизма, психических заболеваний, рака желудка и импотенции. В итоге сам создатель пострадал от своего детища: от радиевой воды челюсть и зубы горе-бизнесмена буквально распадались на части.
Кроме того, радиация способна сделать мужика стерильным, словно Ведьмака. Разные органы человека реагируют на радиоактивное излучение по-разному. Но, как оказалось, наиболее уязвимы половые клетки – . Перед тем, как отправить своих космонавтов на Луну, американские ученые протестировали чудесное воздействие радиации на 63 заключенных. Кому-то повезло больше, и они просто стали стерильными импотентами, а у кого-то болезни оказались серьезнее, с летальным исходом
4. Твой дом - твой источник
Самую большую дозу радиации ты получаешь прямо сейчас, сидя у себя дома, поскольку цемент, песок и щебень содержат природные радионуклиды. Поэтому эти строительные материалы законодательством разделяются по классам в зависимости от их «радиоактивности». Перед сдачей дома в эксплуатацию проводится проверка, чтобы выяснить, действительно ли безопасные материалы использовались при его строительстве. Но насколько она тщательная и неподкупная - сказать сложно.
5. Не все проблемы от АЭС
Так что для тесного контакта с радиацией совсем не обязательно идти работать на АЭС или выходить в космос без скафандра. Достаточно просто пойти работать в гражданскую авиацию и получить приличную дозу излучения. Поэтому они официально классифицируются как «работающие в условиях радиации» - как никак, близость к космосу дает о себе знать. То есть летая под куполом небесным, мы получаем фоновую дозу, превышающую суточную в 4 раза.
Это даже больше, чем после рентгена груди, хотя многие относятся к этой процедуре как к своеобразному самоубийству.
И коль уж речь зашла о профессиях, люди, живущие рядом с угольными электростанциями, получают большую дозу излучения, чем те, кто живет рядом с АЭС. Просто в угле очень много радиоактивных изотопов, как, собственно, и в сигаретном дыме.
6. Опасный камень
Но если бы радиация была так опасна, то, наверное, каждый, кто поднимается по гранитным ступеням, спускается в московское метро или идет по гранитной питерской набережной, умирал от лучевой болезни, поскольку уровень радиации в этом камне превышает даже нормы, допустимые на атомных электростанциях. Но пока что ни у кого не выжигались глаза, не выпадали волосы и не отходила пластами слизистая.
7. Радиоактивная пища
Бразильский орех является не только одним из самых дорогих, но и одним из самых радиоактивных продуктов в мире. Специалисты выяснили, что после приема в пищу даже незначительной порции бразильского ореха, моча и кал человека становятся чрезвычайно радиоактивными.
А всё от того, что корни у орешка уходят так глубоко в землю, что поглощают огромное количество радия, являющегося природным источником излучения.
Не лучше орехов и бананы. Они также производят большое количество излучения с той лишь разницей, что в бананах радиоактивность присутствует в их генетическом коде изначально. Но не стоит паниковать, надевать на себя комбинезон и идти закапывать его куда подальше. Чтобы у тебя возникли хотя бы малейшие симптомы лучевой болезни, нужно сожрать как минимум 5 миллионов плодов. Так что не нужно поддаваться панике, когда кто-то в очередной раз говорит, что горсть урана почти так же радиоактивна, как 10 бананов.
8. Это не заразно
В результате всего возникает резонный вопрос: а можно ли вообще контактировать с облученными людьми? Мало ли, как жизнь сложится, вдруг еще одна АЭС накроется медным тазом.
Вопреки мнению многих, радиация не заразна. С больными, страдающими лучевой болезнью и другими заболеваниями, вызванными воздействием радиации, можно общаться открыто, без средств индивидуальной защиты. То есть сам человек, подвергшийся действию радиации, не становится автоматическим излучателем радиоактивных веществ. А вот его одежда, испачканная радиоактивными материалами (жидкостью, пылью), создает некоторую опасность для других. Источником радиации можно назвать только больного, в организме которого находятся введенные медиками радиоактивные препараты. Но они быстро распадаются, поэтому серьезной опасности в этом случае нет.
Радиация представляет собой ионизирующее излучение, наносящее непоправимый вред всему окружающему. Страдают люди, животные, растения. Самая большая опасность заключается в том, что она не видима человеческим глазом, поэтому важно знать об ее главных свойствах и воздействии, чтобы защититься.
Радиация сопровождает людей всю жизнь. Она встречается в окружающей среде, а также внутри каждого из нас. Огромнейшее воздействие несут внешние источники. Многие наслышаны об аварии на Чернобыльской АЭС, последствия которой до сих пор встречаются в нашей жизни. Люди оказались не готовы к такой встрече. Это лишний раз подтверждает, что в мире есть события неподвластные человечеству.
Виды радиации
Не все химические вещества устойчивы. В природе существуют определенные элементы, ядра которых трансформируются, распадаясь на отдельные частички с выделением огромного количества энергии. Это свойство называется радиоактивностью. Ученые в результате исследований обнаружили несколько разновидностей излучения:
- Альфа излучение — это поток тяжелых радиоактивных частиц в виде ядер гелия, способных нанести наибольший вред окружающим. К счастью, им свойственна низкая проникающая способность. В воздушном пространстве они распространяются всего на пару сантиметров. В ткани их пробег составляет доли миллиметра. Таким образом, внешнее излучение не несет опасности. Можно защититься, используя плотную одежду или лист бумаги. А вот внутреннее облучение – внушительная угроза.
- Бета излучение – поток легких частичек, перемещающихся в воздухе на пару метров. Это электроны и позитроны, проникающие в ткань на два сантиметра. Оно несет вред при соприкосновении с кожей человека. Однако большую опасность дает при воздействии изнутри, но меньшую, чем альфа. Для предохранения от влияния этих частиц, используются специальные контейнеры, защитные экраны, определенное расстояние.
- Гамма и рентгеновское излучение – это электромагнитные излучения, пронизывающие тело насквозь. Защитные средства от такого воздействия включает создание экранов из свинца, возведение бетонных конструкций. Наиболее опасное из облучений при внешнем поражении, так как оказывает влияние весь на организм.
- Нейтронное излучение состоит из потока нейтронов, обладающих более высоким показателем проникающей способности, чем гамма. Образуется в результате ядерных реакций, протекающих в реакторах и специальных исследовательских установках. Появляется во время ядерных взрывов и находится в отходах утилизированного топлива от ядерных реакторов. Броня от такого воздействия создается из свинца, железа, бетона.
Всю радиоактивность на Земле можно поделить на два основных вида: естественную и искусственную. К первой относятся излучения из космоса, почвы, газов. Искусственная же появилась благодаря человеку при использовании атомных электростанций, различного оборудования в медицине, ядерных предприятий.
Естественные источники
Радиоактивность естественного происхождения всегда находилась на планете. Излучение присутствует во всем, что окружает человечество: животные, растения, почва, воздух, вода. Считается, что этот небольшой уровень радиации, не оказывает вредного воздействия. Хотя, некоторые ученые придерживаются иного мнения. Так как люди не имеют возможности повлиять на эту опасность, следует избегать обстоятельств, увеличивающих допустимые значения.
Разновидности источников естественного происхождения
- Космическое излучение и солнечная радиация — мощнейшие источники, способными ликвидировать все живое на Земле. К счастью, планета защищена от этого воздействия атмосферой. Однако люди постарались исправить это положение, развивая деятельность, приводящую к образованию озоновых дыр. Не стоит надолго попадать под прямые солнечные лучи.
- Излучение земной коры опасно вблизи месторождений различных минералов. Сжигая уголь или используя фосфорные удобрения, радионуклиды активно просачиваются внутрь человека с вдыхаемым воздухом и употребляемой им едой.
- Радон – это радиоактивный химический элемент, присутствующий в строительных материалах. Представляет собой бесцветный газ без запаха и вкуса. Этот элемент активно накапливается в почвах и выходит наружу вместе с добычей полезных ископаемых. В квартиры он попадает вместе с бытовым газом, а также с водопроводной водой. К счастью, его концентрацию легко уменьшить, постоянно проветривая помещения.
Искусственные источники
Данный вид появился благодаря людям. Его действие увеличивается и распространяется с их помощью. Во время начала ядерной войны не так страшна сила и мощность оружия, как последствия радиоактивного излучения после взрывов. Даже если вас не зацепит взрывная волна или физические факторы — вас добьет радиация.
К искусственным источникам относятся:
- Ядерное оружие;
- Медицинское оборудование;
- Отходы с предприятий;
- Определенные драгоценные камни;
- Некоторые старинные предметы, вывезенные из опасных зон. В том числе из Чернобыля.
Норма радиоактивного излучения
Ученым удалось установить, что радиация по-разному оказывает влияние на отдельные органы и весь организм в целом. Для того чтобы оценить ущерб, возникающий при хроническом облучении ввели понятие эквивалентной дозы. Она рассчитывается по формуле и равна произведению полученной дозы, поглощенной организмом и усредненной по конкретному органу или всему организму человека, на весовой множитель.
Единицей измерения эквивалентной дозы есть соотношение Джоуля к килограммам, которое получило название – зиверт (Зв). С её использованием была создана шкала, позволяющая понять о конкретной опасности излучения для человечества:
- 100 Зв. Моментальная смерть. У пострадавшего есть несколько часов, максимум пару дней.
- От 10 до 50 Зв. Получивший повреждения такого характера погибнет через несколько недель от сильного внутреннего кровотечения.
- 4-5 Зв. При попадании данного количества, организм справляется в 50% случаев. В остальном печальные последствия приводят к смерти спустя пару месяцев из-за повреждений костного мозга и нарушения кровообращения.
- 1 Зв. При поглощении такой дозы лучевая болезнь неизбежна.
- 0,75 Зв. Изменения в системе кровообращения на небольшой промежуток времени.
- 0,5 Зв. Данного количества достаточно, чтобы у больного развились онкологические заболевания. Остальные симптомы отсутствуют.
- 0,3 Зв. Такое значение присуще аппарату для проведения рентгена желудка.
- 0,2 Зв. Допустимый уровень для работы с радиоактивными материалами.
- 0,1 Зв. При таком количестве происходит добыча урана.
- 0,05 Зв. Данное значение – норма облучения медицинских аппаратов.
- 0,0005 Зв. Допустимое количество уровня радиации около АЭС. Также это значение годового облучения населения, которое приравнивается к норме.
К безопасной дозе радиации для человека относится значения до 0,0003-0,0005 Зв в час. Предельно допустимым считается облучение в 0,01 Зв в час, если такое воздействие непродолжительно.
Влияние радиации на человека
Радиоактивность оказывает огромное влияние на население. Вредному воздействию подвергаются не только люди, столкнувшиеся лицом к лицу с опасностью, но и последующее поколение. Такие обстоятельства вызваны действием радиации на генетическом уровне. Различают два вида влияния:
- Соматический. Заболевания возникают у пострадавшего, получившего дозу радиации. Приводит к появлению лучевой болезни, лейкозу, опухоли разнообразных органов, локальные лучевые поражения.
- Генетический. Связан с дефектом генетического аппарата. Проявляется в последующих поколениях. Страдают дети, внуки и более далекие потомки. Возникают генные мутации и хромосомные изменения
Помимо отрицательного воздействия, есть и благоприятный момент. Благодаря изучению радиации, ученым удалось создать на ее основе медицинское обследование, позволяющее спасать жизни.
Мутация после радиации
Последствия облучения
При получении хронического облучения в организме происходят восстановительные мероприятия. Это приводит к тому, что пострадавший приобретает меньшую нагрузку, чем получил бы при разовом проникновении одинакового количества радиации. Радионуклиды размещаются внутри человека неравномерно. Чаще всего страдают: дыхательная система, пищеварительные органы, печень, щитовидка.
Враг не дремлет даже спустя 4-10 лет после облучения. Внутри человека может развиться рак крови. Особую опасность он представляет у подростков, не достигших 15 лет. Замечено, что смертность людей, работающих с оборудованием для проведения рентгена, увеличена из-за лейкоза.
Самым частым результатом облучения проявляется лучевая болезнь, возникающая как при однократном получении дозы, так и при длительном. При большом количестве радионуклидов приводит к смерти. Распространен рак молочной и щитовидной желез.
Страдает огромное количество органов. Нарушается зрение и психическое состояние потерпевшего. У шахтеров, участвующих в добыче урана, часто встречается рак легких. Внешние облучения вызывают страшные ожоги кожных и слизистых покровов.
Мутации
После воздействия радионуклидов возможно проявление двух типов мутаций: доминантной и рецессивной. Первая возникает сразу же после облучения. Второй тип обнаруживается спустя большой промежуток времени не у пострадавшего, а у его последующего поколения. Нарушения, вызванные мутацией, приводят к отклонениям в развитии внутренних органов у плода, внешним уродствам и изменением психики.
К сожалению, мутации достаточно плохо изучены, так как обычно проявляются не сразу. Спустя время сложно понять, что именно оказало главенствующее влияние на её возникновение.
Радиация является постоянным спутником жизни человека. Мы живем в мире, в котором радиация присутствует повсюду. Свет и тепло ядерных реакций на Солнце являются необходимыми условиями нашего существования. Радиоактивные вещества естественного происхождения присутствуют в окружающей среде. Наше тело содержит радиоактивные изотопы 14 C, 40 K, 210 Po. Зарождение жизни на Земле и её последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации.
Долгоживущие радиоактивные изотопы
В природе существует ~ 45 радиоактивных изотопов, период полураспада которых
сопоставим или больше возраста Вселенной (13.7·10 9 лет).
В таблице 16.1 перечислены изотопы, период полураспада которых превышает 10 9
лет. Большинство долгоживущих радиоактивных изотопов в результате нескольких
последовательных распадов превращается в стабильные изотопы.
Явление радиоактивности широко используется в науке, технике, медицине,
промышленности. Рентгеновские лучи и радиоактивные изотопы используются в
медицинских исследованиях. Однако сразу же стало ясно, что радиация является
потенциально опасным источником для живых организмов. В больших объёмах
искусственные радионуклиды образуются в качестве побочного продукта на
предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую
среду, они оказывают негативное воздействие на живые организмы. Для правильной
оценки радиационной опасности необходимо чёткое представление о масштабах
загрязнения окружающей среды, о реальных механизмах действия радиации,
последствиях и существующих мерах защиты.
Радиация − обобщённое понятие. Оно включает различные виды излучений, часть
которых встречается природе, другие получаются искусственным путем. Прежде всего,
следует различать корпускулярное излучение состоящее из частиц с массой отличной
от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять
как из заряженных, так и из нейтральных частиц.
Альфа-излучение
− представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде
элементов тяжёлее свинца или образуются в ядерных реакциях.
Бета-излучение
− это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных
элементов от самых лёгких (нейтрон) до самых тяжёлых.
Космическое излучение
.
Приходит на Землю из космоса. В его состав входят преимущественно протоны и ядра
гелия. Более тяжёлые элементы составляют менее 1%. Проникая вглубь атмосферы,
космическое излучение взаимодействует с ядрами, входящими состав атмосферы, и
образует потоки вторичных частиц (мезоны, гамма-кванты, нейтроны и др.).
Нейтроны
.
Образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах и в других
промышленных и исследовательских установках, а также при ядерных взрывах).
Продукты деления. Содержатся в радиоактивных отходах переработанного топлива
ядерных реакторов.
Протоны, ионы
.
В основном получаются на ускорителях.
Таблица 16.1
Долгоживущие радиоактивные изотопы,
период полураспада которых превышает 10
9
лет
| Изотоп, массовое число | Период полураспада, лет | Канал распада | Изотоп, массовое число | Период полураспада, лет | Канал распада |
|---|---|---|---|---|---|
| K-40 | 1.25·10 9 |
β
(89%),
ε (11%) |
Ce-136 | ≥0.7·10 14 | 2ε |
| Ca-40 | ≥3·10 21 | 2ε | Ce-138 | ≥0.9·10 14 | 2ε |
| Ca-46 | >2.8·10 15 | 2β - | Ce-142 | ≥5·10 16 | 2β - |
| Ca-48 | 1.9·10 19 |
2β -
(75%),
β (25%) |
Nd-144 | 2.3·10 15 | α |
| V-50 | 1.4·10 17 |
ε
(83%),
β - (17%) |
Nd-150 | 0.8·10 19 | 2β - |
| Cr-50 | ≥1.3·10 18 | 2ε | Sm-147 | 1.1·10 11 | α |
| Zn-70 | ≥1.3·10 16 | 2β - | Gd-152 | 1.1·10 14 | α |
| Kr-78 | ≥2.3·10 20 | 2ε | Gd-160 | ≥3.1·10 19 | 2β - |
| Rb-87 | 4.8·10 10 | β - | Lu-176 | 3.8·10 10 | β - |
| Zr-96 | 2·10 19 | 2β - | Hd-174 | 2.0·10 15 | α |
| Mo-100 | 7.3·10 18 | 2β - | Ta-180 | 1.2·10 15 | ? |
| Cd-113 | 7.7·10 15 | β - | W-180 | 1.8·10 18 | α |
| Cd-116 | 3.1·10 19 | 2β - | W-182 | 8.3·10 18 | α |
| In-115 | 4.4·10 14 | β - | W-183 | 1.3·10 19 | α |
| Te-123 | ≥9.2·10 16 | ε | W-186 | 4.1·10 10 | α |
| Te-128 | 8.8·10 18 | 2β - | Re-187 | 3.1·10 19 | β - |
| Te-130 | ≥5.0·10 23 | 2β - | Os-184 | 5.6·10 13 | α |
| Xe-124 | ≥1.6·10 14 | 2ε | Os-186 | 2.0·10 15 | α |
| Xe-134 | ≥5.8·10 22 | 2β - | Pt-190 | 6.5·10 11 | α |
| Xe-136 | ≥2.4·10 21 | 2β - | Pb-204 | 1.4·10 17 | α |
| Ba-132 | 3.0·10 21 | 2ε | Th-232 | 1.4·10 10 | α |
| La-138 | ≥1.0·10 11 | ε (65,6 %), β - (34,4%) | U-235 | 0.7·10 9 |
α
(93%),
SF (7%) |
| U-238 | 4.4·10 9 | α |
Электромагнитное излучение имеет широкий спектр энергий и различные источники: гамма-излучение атомных ядер и тормозное излучение ускоренных электронов, радиоволны (таблица 16.2).
Таблица 16.2
Характеристики электромагнитных излучений
| Энергия, эВ | Длина волны, м | Частота, Гц | Источник излучения |
|---|---|---|---|
| 10 9 | 10 – 16 | 10 24 |
Тормозное излучение |
| 10 5 | 10 – 12 | 10 20 |
Гамма излучение ядер |
| 10 3 | 10 – 10 | 10 18 |
Рентгеновское излучение |
| 10 1 | 10 – 8 | 10 16 |
Ультрафиолетовое излучение |
| 10 – 1 | 10 – 6 | 10 14 | |
| 10 – 3 | 10 – 4 | 10 12 |
Инфракрасное излучение |
| 10 – 5 | 10 – 2 | 10 10 | Микроволновое излучение |
| 10 – 7 | 10 – 0 | 10 8 | СВЧ |
| 10 – 9 | 10 2 | 10 6 | Радиоволны ВЧ |
| 10 – 11 | 10 4 | 10 4 | Радиоволны НЧ |
Различные виды радиации по-разному взаимодействуют с веществом в зависимости от
типа испускаемых частиц, их заряда, массы и энергии. Заряженные частицы
ионизируют атомы вещества, взаимодействуя с атомными электронами.
Нейтроны и гамма-кванты, сталкиваясь с заряженными частицами в веществе,
передают им свою энергию, в случае гамма-квантов возможно рождение
электрон-позитронных пар. Эти вторичные заряженные частицы, тормозясь в
веществе, вызывают его ионизацию. Воздействие излучения на вещество на
промежуточном этапе приводит к образованию быстрых заряженных частиц и ионов.
Радиационные повреждения вызываются в основном этими вторичными частицами, так
как они взаимодействуют с большим количеством атомов, чем частицы первичного
излучения. В конечном итоге энергия первичной частицы трансформируется в
кинетическую энергию большого количества атомов среды и приводит к ее разогреву
и ионизации.
В органах и тканях биологических объектов, как и в любой среде, при облучении в
результате поглощения энергии идут процессы ионизации и возбуждения атомов. Эти
процессы лежат в основе биологического действия излучений. Его мерой служит
количество поглощенной в организме энергии.
В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы. Длительность
первых трёх быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в течение которых
происходят различные молекулярные изменения. В четвёртой медленной фазе эти
изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках, органах
и организме в целом.
Первая, физическая фаза ионизации и возбуждения атомов длится 10 –
13
с. Вo второй, химико-физической фазе, протекающей 10 –10
с образуются высокоактивные в химическом отношении радикалы, которые,
взаимодействуя с различными соединениями, дают начало вторичным радикалам,
имеющим значительно большие по сравнению с первичными сроки жизни. В третьей,
химической фазе, длящейся 10 –
6
с, образовавшиеся радикалы, вступают в реакции с органическими молекулами
клеток, что приводит к изменению биологических свойств молекул.
Описанные процессы первых трёх фаз являются первичными и определяют дальнейшее
развитие лучевого поражения. В следующей за ними четвёртой, биологической фазе
химические изменения молекул преобразуются в клеточные изменения. Наиболее
чувствительным к облучению является ядро клетки, а наибольшие последствия
вызывает повреждение ДНК, содержащей наследственную информацию. В результате
облучения в зависимости от величины поглощённой дозы клетка гибнет или
становится неполноценной в функциональном отношении. Время протекания четвёртой
фазы очень различно и в зависимости от условий может растянуться на годы или
даже на всю жизнь.
Бета-излучение
обладает большей проникающей способностью. Пробег
бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани
нескольких сантиметров. Так пробег электронов с энергией 4 МэВ в воздухе
составляет 17.8 м, а в биологической ткани 2.6 см.
Гамма-излучение
имеет еще более высокую проникающую способность. Если
внешнее альфа- и бета-излучение поглощается как правило в одежде или коже и
представляет в основном опасность при попадании радионуклидов внутрь организма,
то при внешнем гамма-облучении его воздействию подвергается весь организм. Это с
одной стороны требует специальных мер защиты от гамма-излучения, а с другой
позволяет использовать его в разнообразных методах дистанционной диагностики.
Рис. 16.1. Схематическое изображение проникающей способности различных излучений.
Нейтроны
.
Биологический эффект от действия тепловых нейтронов в основном
обусловлен процессами H(n,
γ) 2 H
и l4 N(n,
p) l4 C.
Сечения этих реакций составляют соответственно 0.33 и 1.76 барн. Основной
эффект воздействия на биологическую ткань происходит под действием протонов,
образующихся в реакции (n,
p) и теряющих всю свою энергию в
месте рождения.
Для
медленных нейтронов
большая часть энергии расходуется на возбуждение и расщепление молекул ткани.
Для быстрых нейтронов
до 90 % энергии в ткани теряется при упругом взаимодействии. При этом основным
процессом является рассеяние нейтронов на протонах. Дальнейшее выделение
энергии происходит в результате ионизации среды протонами отдачи.
Дозы излучения и единицы измерения
Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облученных тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. В таблице 16.3 дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.
Таблица 16.3
Основные радиологические величины и их единицы
| Физическая величина |
Единица, её наименование, обозначение (международное, русское) |
Соотношение между внесистемной единицей и единицей СИ | |
|---|---|---|---|
| внесистемные | СИ | ||
|
Активность нуклида в радиоактивном источнике |
кюри (Ci, Ки) |
беккерель (Bq, Бк) |
1 Ки = 3.7·10 10 Бк |
| Экспозиционная доза излучения | рентген (R, Р) | кулон/килограмм (C/kg, Кл/кг) |
1Р = 2.58·10 -4 Кл/кг |
| Поглощённая доза излучения | рад (rad, рад) | грей (Gy, Гр) = Дж/кг | 1 рад = 0.01 Гр |
| Эквивалентная доза излучения | бэр (rem, бэр) | зиверт (Sv, Зв) | 1 бэр = 0.01 Зв |
| Мощность экспозиционной дозы излучения | рентген в секунду (R/s, Р/с) | ампер/килограмм (A/kg, А/кг) |
1 Р/с = 2.58·10 -4 А/кг |
| Мощность поглощённой дозы излучения | рад в секунду (rad/s, рад/с) | грей в секунду (Gy/s, Гр/с) |
1 рад/с = 0.01 Гр/с |
| Мощность эквивалентной дозы излучения | бэр в секунду (rem/s, бэр/с) | зиверт в секунду (Sv/c, Зв/с) |
1 бэр/с = 0.01 Зв/с |
| Интегральная доза излучения |
рад-грамм (rad·g, рад·г) |
грей-килограмм (Gy · kg, Гр · кг) |
1 рад·г =
10 -5 Гр·кг |
Экспозиционная доза X. В качестве количественной меры рентгеновского и γ-излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу определяемую зарядом вторичных частиц dQ, образующихся в массе вещества dm при полном торможении всех заряженных частиц:
X = dQ/dm..
Единица экспозиционной дозы − рентген (Р).Рентген − это экспозиционная доза рентгеновского и γ-излучения, создающая в 1 см 3 воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества. Экспозиционной дозе 1 Р соответствует 2.08·10 9 пар ионов . Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная:
T = (2.08·10 9)×33.85×(1.6·10 -12) = 0.113 эрг,
а одному грамму воздуха:
T/ρ возд = 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.
Поглощённая доза D − основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:
D = dE/dm.
Единица поглощённой дозы − грей (Гр).
1 Гр = 1 Дж/ кг = 100 рад = 10 4 эрг/ г.
Внесистемная единица рад определяется как поглощённая доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облучённого вещества.
Эквивалентная доза Н. Изучение результатов облучения живых тканей показывает, что при одинаковой поглощенной дозе различные виды радиации имеют различное биологическое воздействие на организм. Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощённой дозы D r , созданной облучением r и усреднённой по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель W r , называемый ещё коэффициентом качества излучения (таблица 16.4).
H = ∑W r D r .
Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет
специальное наименование − зиверт
(Зв).
Влияние облучения носит неравномерный характер. Для оценки ущерба здоровью
человека за счет различного влияния облучения на разные органы (в условиях
равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы
E эфф ,
применяемое при оценке возможных стохастических эффектов − злокачественных
новообразований.
Таблица 16.4
Коэффициенты относительной биологической эффективности (коэффициенты качества) W r для различных видов излучения
| Вид и энергия излучения |
Весовой
|
||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Фотоны, все энергии | 1 | ||||||||||||||||
| Электроны и мюоны, все энергии | 1 | ||||||||||||||||
|
Предельно допустимые дозы облученияНормы радиационной безопасности разрабатываются на международном уровне и
уровне государства и предназначены для регламентации облучения людей (табл.
16.5). в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников облучения; в результате радиационной аварии; от природных источников излучения; при медицинском облучении. Предел индивидуального пожизненного риска (вероятности возникновения у человека
какого-либо эффекта в результате облучения) в условиях нормальной эксплуатации
для техногенного облучения в течение года персонала принимается равным 1.0·10 -3 ,
а для населения − 5.0·10 -5 .
Уровень пренебрежимого риска составляет 10 -6 . персонал, работающий на предприятии атомной промышленности (группы А и Б); всё население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности. Таблица 16.5 Основные пределы доз |
|
|
* Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем
нормируемым величинам.
** Основные пределы доз, как и все остальные уровни облучения
персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.
*** Относится к дозе на глубине 300 мг/
см 2 .
**** Относится к среднему по площади в 1 см 2
значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/
см 2
под покровным слоем толщиной 5 мг/
см 2 . На ладонях толщина
покровного слоя - 40 мг/
см 2 . Указанным пределом допускается
облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усреднённого облучения
любого 1 см 2
кожи этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица
обеспечивает непревышение предела дозы на хрусталик глаза от бета-частиц.
Воздействие радиации на человека
Таблица 16.6
Радиационные эффекты облучения человека
Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории (таблица 16.6):
- Соматические (телесные) − возникающие в организме человека, который подвергался облучению;
- Генетические − связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.
Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения показана в таблице 16.7.
Таблица 16.7
Воздействие различных доз облучения на человеческий организм
|
Доза, Гр |
Причина и результат воздействия |
| (0.7 ÷ 2)10 -3 | Доза от естественных источников в год |
| 0.05 | Предельно допустимая доза профессионального облучения в год |
| 0.1 | Уровень удвоения вероятности генных мутаций |
| 0.25 | Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах |
| 1.0 | Доза возникновения острой лучевой болезни |
| 3 ÷ 5 | Без лечения 50% облученных умирает в течение 1–2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга |
| 10 ÷ 50 | Смерть наступает через 1–2 недели вследствие поражений главным образом желудочно-кишечного тракта |
| 100 | Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы |
Меры радиационной защиты персонала и населения регламентируются нормами
радиационной безопасности и основными санитарными правилами.
Меры защиты направлены на ограничение облучения дозой ниже порога возникновения
этих эффектов (нормирование годовой дозы).
В случаях аварийных ситуаций принимаются дополнительные меры защиты,
обеспечивающие снижение дозы облучения населения загрязненной территории и
включающие:
отселение жителей (временное или постоянное);
отчуждение загрязненной территории или ограничение проживания и функционирования населения на этой территории;
Радиоактивность человека
Организм человека состоит из различных химических элементов, которые находятся в определённой пропорции. Среди этих химических элементов два элемента занимают особое положение, это углерод и калий. Их выделенность обусловлена тем, что среди различных изотопов этих химических элементов есть изотопы, которые имеют большой период полураспада, они накапливаются внутри организма и являются источником внутренней радиоактивности человека. Изотопный состав углерода приведен в таблице 16.8.
14 СТаблица 16.8
Изотопный состав углерода С
Радиоактивный углерод 14 С образуется на Земле при взаимодействии нейтронов космических лучей с ядрами азота атмосферы.
14 N + n → 14 С + p.
Ежегодно в атмосфере Земли под действием космических нейтронов образуется 8 кг радиоактивного углерода 14 С , столько же 14 С распадается в течение года, т.е. радиоуглерод находится в равновесии. Всего в атмосфере Земли находится ≈ 60 тонн изотопа 14 С , что составляет ≈ 1.2·10 -14 % относительно изотопа 1 2 С . Изотоп 14 С присутствует в экологической цепочке в виде соединения 14 С O 2 , молекулы которого равномерно перемешиваются с воздухом атмосферы и усваивается растениями в процессе фотосинтеза. Радиоуглерод в виде различных соединений входит в состав морской воды и океанов. Схема распада изотопа 14 С показана на рис. 16.2.
Рис. 16.2. Схема распада изотопа 14 С .
Известно, что в 1 г природного углерода за счет присутствия изотопа 14 С происходит 15.3 распадов изотопа 14 С в минуту. В человеке массой 70 кг содержится 14 кг углерода. Поэтому в организме человека будут происходить 15.3×70·10 3 = 1.1·10 6 распадов изотопа 14 С в минуту. Энергия β - -распада Q β = 0.16 МэВ.
40 KВ таблице 16.9 приведена распространенность долгоживущих изотопов K в земной коре.
Таблица 16.9
Изотопный состав калия K
На рис. 16.3 приведена схема распада радиоактивного изотопа 40 K.
Рис. 16.3. Схема распада изотопа 40 K.
Q(β +) = 0.48 МэВ, Q(е-захват) = 1.507 МэВ, Q(β -) = 1.31 МэВ
Изотоп
40 K
может распадаться как в результате β + -распада и е-захвата, превращаясь в изотоп
40 Ar,
так 40 K и в результате β - -распада,
превращаясь в изотоп 40 Ca.
Относительные вероятности распадов приведены на рис. 16.3 в скобках.
В человеке массой 70 кг содержится 0.2% калия (140 г). Следовательно, число
ядер радиоактивного 40 K
составляет 2.5·10 20
ядер. Исходя из периода полураспада число распадов радиоактивного калия 40 K
в организме человека равно
.
Радиация является постоянным спутником жизни человека. Мы живем в мире, в котором радиация присутствует повсюду. Свет и тепло ядерных реакций на Солнце являются необходимыми условиями нашего существования. Радиоактивные вещества естественного происхождения присутствуют в окружающей среде. Наше тело содержит радиоактивные изотопы 14 C, 40 K, 210 Po. Зарождение жизни на Земле и её последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации.
Долгоживущие радиоактивные изотопы
В природе существует ~ 45 радиоактивных изотопов, период полураспада которых сопоставим или больше возраста Вселенной (13.7·10 9 лет). В таблице 16.1 перечислены изотопы, период полураспада которых превышает 10 9 лет. Большинство долгоживущих радиоактивных изотопов в результате нескольких последовательных распадов превращается в стабильные изотопы.
Явление радиоактивности широко используется в науке, технике, медицине, промышленности. Рентгеновские лучи и радиоактивные изотопы используются в медицинских исследованиях. Однако сразу же стало ясно, что радиация является потенциально опасным источником для живых организмов. В больших объёмах искусственные радионуклиды образуются в качестве побочного продукта на предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую среду, они оказывают негативное воздействие на живые организмы. Для правильной оценки радиационной опасности необходимо чёткое представление о масштабах загрязнения окружающей среды, о реальных механизмах действия радиации, последствиях и существующих мерах защиты.
Радиация − обобщённое понятие. Оно включает различные виды излучений, часть которых встречается природе, другие получаются искусственным путем. Прежде всего, следует различать корпускулярное излучение состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять как из заряженных, так и из нейтральных частиц.
- Альфа-излучение − представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде элементов тяжёлее свинца или образуются в ядерных реакциях.
- Бета-излучение − это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных элементов от самых лёгких (нейтрон) до самых тяжёлых.
- Космическое излучение . Приходит на Землю из космоса. В его состав входят преимущественно протоны и ядра гелия. Более тяжёлые элементы составляют менее 1%. Проникая вглубь атмосферы, космическое излучение взаимодействует с ядрами, входящими состав атмосферы, и образует потоки вторичных частиц (мезоны, гамма-кванты, нейтроны и др.).
- Нейтроны . Образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах и в других промышленных и исследовательских установках, а также при ядерных взрывах). Продукты деления. Содержатся в радиоактивных отходах переработанного топлива ядерных реакторов.
- Протоны, ионы . В основном получаются на ускорителях.
