Источники радиоактивности в нашей жизни. Искусственная и естественная радиоактивность.
Е сли мы слышим слово «радиация», то нам сразу же представляется что-то смертельно опасное для жизни, будь-то ядерная бомба, авария на атомной электростанции или ядерные отходы. И, конечно же, такая реакция небезосновательна, однако это понятие гораздо более емкое. Ведь радиация окружает нас всегда и везде, более того, без определенной дозы облучения мы не смогли бы существовать, а источники радиации могут быть самые различные и в подавляющем большинстве естественного происхождения. На данный момент на нашей планете существуют естественные и искусственные источники радиации, и на этом мы остановимся подробней.
Естественные источники радиации
Радиация, в данном конкретном случае, это поток заряженных элементарных частиц, которые при прохождении через вещество, производят ионизацию в нем. Радиация это неотъемлемая часть Вселенной и она встречается абсолютно везде на нашей планете, и тем более в Космосе. Радиоактивным излучением обладает все вокруг нас, камни, почва, вода, растения и животные, однако радиоактивность в различных уголках Земли не одинакова, и может колебаться в промежутках от 5 до 20 мкР/ч. Хотя данные показатели и считаются, с медицинской точки зрения не опасными. Однако следует понимать, что их воздействие на организм носит существенный характер, и вполне может служить причиной многих заболеваний (к примеру, рака) или мутаций.
Оградить себя от естественной (природной) радиации мы не можем, однако мы можем оградить себя от пиковых облучений естественной радиацией, которые могут превышать допустимые нормы.
С уществуют основные три источника радиоактивного излучения естественного происхождения, и первый из них это космическая и солнечная радиация.
Солнечная и космическая радиация представляет собой гигантский поток заряженных частиц с огромной энергией, которые бомбардируют Землю в период солнечной активности (выбросе коронарного вещества). Такой поток частиц в местах его попадания уничтожил бы большую часть жизненных форм на нашей планете, однако у Земли есть защита и достаточно эффективная, это ее магнитное поле. Подавляющую часть заряженных частиц из космоса магнитное поле земли отводит от поверхности, однако при особенно сильном солнечном шторме часть солнечной радиации попадает на нас и все вокруг. И интенсивность этого попадания зависит очень от широты и высоты нахождения над уровнем моря. Чем мы выше, тем сильнее воздействие на нас космического излучения, причем на экваторе излучение проникает сильнее, чем на полюсах. Это связано с формой и характеристиками магнитного поля Земли.
И менно поэтому наблюдаются случаи бесплодия у стюардесс, которые проводят много времени на высоте около 10 километров над землей. Хотя и пассажиры тоже подвергаются повышенному воздействию радиации из космоса, однако в разовых случаях оно не представляет опасности.
В торой источник природной радиации, это излучение земной коры . Как и любой макрокосмический объект во Вселенной, наша планета также радиоактивна. Под ее недрами и на ее поверхности хранится огромное количество радиоактивных материалов, свидетельствующих о бурном прошлом нашей Земли. Это и различные каменные породы, особенно твердые (гранит, базальт и прочие), а также глиноземы, залежи урановых руд, глубинные источники воды и многое другое. Такие природные источники радиации представляют опасность лишь при непосредственном нахождении возле них, особенно в местах их скопления и на месторождениях.
П онятно, что использование и добыча таких материалов приводит к их распространению. И поэтому мы можем столкнуться с ними и в наших домах в виде стройматериалов, в воздухе при сжигании каменного угля в печи теплоэлектростанции, к примеру, в виде продуктов питания с участков с повышенным фоном, в виде воды из крана, в случаях, когда используется для водоснабжения артезианская вода, и многое другое.
В зависимости от месторождения глины или камня, соответствующие стройматериалы могут превысить радиоактивный фон в помещениях в несколько раз, от аналогичных показаний на улице. И чтобы понимать какое жилье вам выбрать, или в каких помещениях вы проживаете, стоит измерить уровень радиации при помощи специальных устройств – дозиметров . К счастью, на сегодняшний день существуют не только и дорогостоящие устройства такого типа, но и и бюджетные, которые позволяют определить уровень радиации с достаточной степенью точности.
Е ще один существенный источник природной радиации в нашей жизни это радон. Радон – это инертный газ, который может являться источником радиации и который в 7,5 раз тяжелее воздуха. Этот газ часто накапливается под землей и попадает в наши дома при добыче полезных ископаемых, в стройматериалах, или использовании при водоснабжении наших домов и квартир артезианских глубинных источников, также он может просачиваться через незначительные трещины в земной каре и существенно увеличивать радиационный фон в той или иной местности.
Радон может накапливаться в подвалах зданий, а иногда и на первых этажах, а также в низинах рельефа местности. Чтобы снизить уровень радона в вашем жилище, настоятельно рекомендуется постоянно проветривать помещение.
Искусственная радиоактивность
П осле некоторого постижения тайны строения атома, человечество стало широко использовать эти знания, что привело к появлению на нашей планете еще одного источника радиоактивного излучения, а именно рукотворного или искусственного . К таким источникам может относиться разработка и применение ядерного оружия, атомные электростанции, радиоактивные отходы атомных станций, некоторое медицинское оборудование, некоторые радиоактивные материалы и предметы, вывезенные из зоны заражения Чернобыльской АЭС и многое другое.
У ровень такой радиации может и не превышать существующий в данной местности природный уровень, а может превышать его в сотни, и даже в десятки тысяч раз, что может привести к неминуемой смерти.
О пасный уровень радиации может попадать в наш организм, от каких угодно предметов или местности, причем они не будут никак отличаться от аналогичных вещей, с нормальным уровнем. Чтобы точно знать, с чем вы сталкиваетесь в своей жизни, вам стоит , его еще называют радиометр. Такое устройство в бытовом исполнении не занимает места больше, чем сигаретная пачка и весит не более 100 грамм. Оно очень просто в эксплуатации и позволяет защитить свое здоровье и здоровье своих близких при покупке стройматериалов, различных предметов, включая предметы старины, продуктов питания неизвестного происхождения и во многих других случаях. Такое знание убережет вас от самых серьезных последствий!
Английский физик, о смерти которого сообщают даже женские журналы, прожил бурную жизнь.
Кажется, в последние десятилетия его космически продвинутой инвалидной коляски, синтезатора речи и тоненькой струйки слюны из уголка рта не замечал уже никто. Это были просто привычные детали цельного образа, важного совсем другим.
Стивен Хокинг. Физик и математик, изучавший теорию Большого взрыва и чёрных дыр, родился в 1942 году, умер в марте 2018-го, и всё это в Оксбридже. Более полувека прикован к инвалидному креслу. Свои озарения об устройстве Вселенной и её будущем Хокинг озвучивал с помощью специально для него созданного синтезатора речи, научные труды (в том числе суперпопулярную «Краткую историю времени», вышедшую в 1988-м) набирал одним пальцем с помощью мышки - пока этот палец ещё двигался. Стал отцом троих детей, лауреатом нескольких десятков премий. Просветитель, популяризатор науки.Он прожил так, что сейчас, после его смерти, никто не говорит, что Стивен Хокинг — человек, который вопреки... Нет, только: человек, благодаря которому...
Учёные вспоминают его прорывы в изучении космоса; пацифисты — выступления за мир; обыватели — то, как он сделал Большой взрыв понятием, о котором стало модно болтать за обедом; те, кто верит в Бога, — о том, как он верил в свою удачу: повезло прожить единственную жизнь на Земле! Дети вспоминают Симпсонов, в которых есть персонаж на коляске, «Самый умный человек на планете», а таблоиды — два его брака и два развода.
И ещё кое-что.
Великий учёный открыл особое излучение чёрных дыр и назвал его своим именем. И оно, конечно, не только про космос.
Излучение Хокинга — это излучение жизни. То, как излучал её он — из чёрной дыры, в которую попало его тело. И то, как продолжит излучать даже после того, как ранним утром 14 марта он спокойно вдохнул воздух через дырочку в шее в последний раз в своём доме в Кембридже.
«Во Вселенной не было бы особенного смысла, если бы она не была домом для любимых людей», — сказал Хокинг однажды.
Джейн и путешествие в бесконечность
В его Вселенной остались любимые. Жизнь с одной из них сделала его Стивеном Хокингом, была не раз ею спасена, экранизирована и даже удостоена «Оскара». Жизнь с другой была «пылкой и бурной», становилась достоянием таблоидов и интересовала полицию. И всё это было. Не вопреки. А благодаря. Излучение Хокинга.
Жажда жизни, даже когда врачи говорят, что осталось всего 2 года, а тебе 20, у тебя первая любовь и пульсирующее в голове научное открытие, готовое созреть и лопнуть. Благодарность за шанс родиться и хлебнуть счастья на этой планете. Вера в то, что «для сломанных компьютеров (с ними он сравнивал погибающий человеческий мозг) не существует небес и бессмертья», а значит — надо успеть всё сейчас. Излучение жизни.
Он всё успел. Успел влюбиться в Джейн Уайлд , а она — в него. «Хокинг из сумасшедшей семейки», гениальный студент, ставящий ультиматумы профессорам и выбрасывающий в мусорную корзину свои работы, стеснительный молодой человек с низко падающей на закрытые очками в мощной оправе глаза неряшливой чёлкой.
«Он был эксцентричным феноменом, нонсенсом в пуританском и сонном Сент-Олбансе», — напишет Джейн спустя три десятилетия брака в своей книге «Путешествие в бесконечность».
Научные озарения, любовь и диагноз «Боковой амиотрофический склероз, нейродегенерация, от силы два года, молодой человек, ну два с половиной» совпали в пространстве и времени.
Хокинг собирался жениться и стать великим учёным, а предстояло — и уже началось: руки не слушались, ноги подкашивались — потерять контроль над всем телом и умереть от удушья, когда откажут и дыхательные мышцы.
Стивен перестал отвечать на телефонные звонки. Тогда Джейн пришла своими ногами.
Они поженились, и он стал великим учёным.
Джейн постаралась.
«В нашем браке нас было четверо»
Пока тело Стивена неумолимо проваливалось в свою чёрную дыру, мышца за мышцей (так, что в конце его жизни осталась только одна, мимическая, на щеке, она — при участии компьютера, конечно, — и помогала ему управлять всей своей жизнью), разум отвоёвывал себе всё новые территории, Джейн год за годом несла тихую службу: рожала детей (троих, Люси , Роберта и Тима , и это тоже было чудо), измельчала мужу пищу, застёгивала на нём пуговицы и, опоясавшись младенцами, летала с ним по всему миру.
«Проблема нашего брака была в том, что в нём было четыре партнёра: я, Стивен, болезнь и физика».
Стивен Хокинг с первой женой Джейн Уайлд и их детьми Робертом и Люси жарят барбекю, 1977 г. pic.twitter.com/QKzYTJDG6k
— Фотографии прошлого (@HISTORYofPHOTOS) 26 июня 2017 г.
Хокинг стал настолько великим, а она настолько святой, что, как вспоминала Джейн уже в 2015-м, их отношения стали похожи на отношения «хозяина и раба». Многочисленные воздыхатели Стивена портили семейную жизнь («О, ты такой умный! Я должна целовать землю под твоими стопами — в данном случае колёсами» — согласитесь, это не то, что обычно жена говорит мужу), а сменяющиеся сиделки делали её просто невыносимой.
«Я чувствовала, что больше не могу, и несколько раз была на грани самоубийства». Любовь, разбившаяся о быт ухода за человеком, который понимает о мире больше, чем целый научный институт, но не может даже почесать себе нос, любовь, истончившаяся до ниточки, задавленная десятилетиями жертвования, любовь, которую не спасал уже даже знаменитый хокинговский юмор...Теперь спасать надо было Джейн.
И Хокинг пошёл на это. Жена начинает петь в церковном хоре. Чтобы набрать полные лёгкие, отвлечься, подумать о себе... Встречает другого человека. Он обычный, земной, которому ничего не надо от Джейн — кроме самой Джейн.
Шляпка, перчатки, нитка жемчуга вокруг шеи. Музыка. И никакой физики... Джонатан Джонсон , руководитель хора, становится другом семьи. Помогает Джейн, восхищается Стивеном, молчит о своём.
Хокинг тоже теряет голос. Буквально. Во время тяжелейшей пневмонии, когда учёный был безнадёжен, врачи предлагали жене отключить его от аппаратов. Но Джейн приняла другое решение. Она подарила мужу ещё много лет, отказавшись от отключения.
Хокингу провели трахеотомию: пробили в горле ход для воздуха. Он смог дышать, но перестал говорить. Так за него стал говорить компьютер, и в многочисленных интервью по телевидению хокинговские предсказания о будущем Земли, озвученные металлическим голосом робота, стали звучать совсем инфернально.Чем меньше в нём оставалось тела, тем больше было излучения — которое порой выжигало близких... Хокинг встречался с британской королевой и Бараком Обамой , парил в невесомости и снимался в роли самого себя в телешоу, его книга «Краткая история времени» расходилась миллионными тиражами, он стал звездой — блеск которой порой холоден и колет так, что хочется зажмуриться...
Queen Elizabeth meets Stephen Hawking during a reception for Leonard Cheshire Disability charity at St James"s Palace in London May 29, 2014. pic.twitter.com/uOhnScNOyD
— Boateng Duka Kofi (@DukaKofi)
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 |
Видимый свет |
| 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
.
Слово «радиация» давно закрепилось в сознании многих людей как нечто чрезвычайно опасное, несущее хаос и разрушения: невидимая, не имеющая ни вкуса, ни запаха, и потому еще более пугающая. Учитывая, к каким последствиям может привести, например, авария на АЭС или взрыв атомной бомбы, с этим мнением сложно не согласиться - ведь высокая доза радиации действительно смертельно опасна.
В повседневной жизни мы постоянно с сталкиваемся с радиацией в малых дозах. И это, в общем-то, не вызывает ни у кого беспокойства и страха.
Сканеры в аэропортах
За последние несколько лет многие крупные аэропорты обзавелись сканерами для досмотра. От обычных металлодетекторных рамок они отличаются тем, что «создают» на экране полное изображение человека, используя технологию обратно-рассеянного излучения Backscatter X-ray. При этом лучи не проходят насквозь - они отражаются. В результате пассажир, проходящий досмотр, получает малую дозу рентгеновского излучения. В ходе сканирования разные по плотности предметы окрашиваются на экране в разные цвета. Например, металлические вещи отобразятся черным пятном.
Есть и еще один вид сканера, в нем используются волны миллиметрового диапазона. Он представляет собой прозрачную капсулу с вращающимися антеннами.
В отличие от металлодетекторных рамок такие устройства считаются более эффективными в поиске запрещенных к провозу вещей. Производители сканеров утверждают, что они абсолютно безопасны для здоровья пассажиров. Однако масштабных исследований на этот счет в мире до сих пор не проводилось. Поэтому мнения специалистов разделились: одни поддерживают производителей, другие полагают, что определенный вред подобные устройства все же наносят.
Например, биохимик из Калифорнийского университета Дэвид Агард считает, что рентгеновский сканер все же вреден. По мнению ученого, человек, проходящий досмотр на этом устройстве, получает в 20 раз больше облучения, чем заявлено производителями.
Рентгеновский снимок
Еще один источник так называемой «бытовой радиации» - рентгеновское обследование. Например, один снимок зуба выдает от 1 до 5 мкЗв (микрозиверт - единица измерения эффективной дозы ионизирующего излучения). А снимок грудной клетки - от 30?300 мкЗв. Смертельной считается доза радиации, равная примерно 1 зиверту.
Согласно исследованию врачей, 27 процентов всего излучения, которое человек получает в течение жизни, приходится именно на медицинские обследования.
Сигареты
В 2008 году в мире активно заговорили о том, что помимо прочих «вредностей» в табаке содержится еще и токсический агент полоний-210.
Если верить данным Всемирной организации здравоохранения, токсические свойства этого радиоактивного элемента гораздо выше, чем у любого известного цианида. По мнению руководства компании British American Tobacco, умеренно курящий человек (не более 1 пачки в день) получает лишь 1/5 часть суточной дозы изотопа.
Бананы и другая еда
Некоторые натуральные продукты содержат природный радиоактивный изотоп углерод-14, а также калий-40. К ним можно отнести картофель, бобы, семечки подсолнечника, орехи, а еще - бананы.
Кстати, калий-40, если верить ученым, имеет самый большой период полураспада - более миллиарда лет. Еще один интересный момент: в «теле» среднего по величине банана каждую секунду происходит порядка 15 актов распада калия-40. В связи с этим в научном мире даже придумали шуточную величину под названием «банановый эквивалент». Так стали называть дозу облучения, сравнимую со съедением одного банана.
Стоит отметить, что никакой опасности для здоровья человека бананы, несмотря на содержание калия-40, не несут. Кстати, ежегодно с пищей и водой человек получает дозу радиации в размере порядка 400 мкЗв.
Авиапутешествия и космическая радиация
Излучение из космоса частично задерживается атмосферой Земли. Чем дальше в небо, тем выше уровень радиации. Именно поэтому при путешествии на самолете человек получает немного повышенную дозу. В среднем она составляет 5 мкЗв за один час полета. При этом летать больше 72 часов в месяц специалисты не рекомендуют.
Собственно, одним из главных источников является Земля. Излучение происходит за счет содержащихся в почве радиоактивных веществ, в частности, урана и тория. Средний радиационный фон составляет порядка 480 мкЗв в год. При этом в некоторых регионах, например, в индийском штате Керала, он значительно выше из-за внушительного содержания тория в грунте.
А как же мобильники и WI-FI-маршрутизаторы?
Вопреки распространенному мнению, от этих устройств не исходит «радиационной угрозы». Чего нельзя сказать о телевизорах с электронно-лучевой трубкой и таких же компьютерных мониторах (да, они до сих пор встречаются). Но и в этом случая доза излучения ничтожна. За год от такого устройства можно получить лишь до 10 мкЗв.
Доза радиации, получаемая человеком из естественных и «бытовых» источников, считается безопасной для организма. Специалисты полагают, что накапливаемое в течение жизни облучение не должно превышать 700 000 мкЗв.