Миф 03. Самый опасный вид радиации – гамма-излучение
Со школьных времен у многих сложилось впечатление: по-настоящему опасно именно гамма-излучение. Образуясь при ядерной вспышке, гамма-лучи пролетают многие километры, пронизывают людей насквозь и приводят к лучевой болезни. Именно для защиты от гамма-излучений ядерный реактор окружают бетонной толщей, а небольшие источники излучений прячут в свинцовые контейнеры. Всё это так. Но не имеет прямого отношения к опасности излучений для человека.
Почему? Потому что в этом случае речь идёт о совсем другом свойстве излучений - об их проникающей способности. Да, у гамма-излучений такая способность много выше, чем у альфа- и бета- лучей. Но опасность излучений определяется не проникающей способностью, а дозой. Позднее мы вернемся к нашим гамма-лучам, а пока попробуем понять, что такое доза.
Рассмотрим на бытовом примере. Человек выпил 250 граммов водки. Это что - доза? Нет, это порция, которая содержит 100 граммов спирта. А доза рассчитывается с учетом массы тела человека. Если он весит 100 кг, то в нашем примере доза будет равна 1 грамму алкоголя на 1 килограмм массы тела. Если же человек весит 50 кг, то доза будет равна 2 грамма на килограмм, то есть в два раза больше. Видите, как удобно сравнивать? Уже ясно, что на второго человека приём той же порции окажет более сильное действие. А от одинаковой дозы и последствия будут соразмерные.
Подобным образом оценивают и воздействие ионизирующих излучений на человека. Самая простая характеристика - так называемая поглощённая доза. Как её определяют? В два этапа. Сначала измеряют или рассчитывают - нет, не граммы спирта, а количество энергии, которое поглотило тело (человек или отдельный орган) в результате облучения. А потом эту поглощённую энергию делят на массу тела.
В чём измеряют энергию? Правильно, в джоулях (Дж). А массу? В килограммах. Выходит, что поглощённая доза будет измеряться в джоулях на килограмм: Дж/кг. Но когда речь идёт о радиации, «джоуль на килограмм» получает специальное имя, в честь известного учёного. Может быть, слышали - «грей» (Гр)? Возможно, вам знакомо слово «рад» - в радах измеряли поглощённую дозу прежде, до введения грея. Один рад в сто раз меньше грея, так относится копейка к рублю:1 Гр = 100 рад. А ещё раньше использовали общеизвестную единицу - рентген. Рентгенами оценивали не энергию, а ионизирующую способность излучения.
Не будем забивать голову, для простоты отметим, что рентген примерно равен раду. Обратите внимание на три важные детали.
Во-первых, доза - это дробь. И в числителе стоит вовсе не количество альфа-частиц или гамма-квантов, поглощённых телом. В числителе дроби - энергия. Значение имеет именно энергия ионизирующих излучений. Например, гамма-излучение может быть, как жёстким, так и мягким: жёсткое излучение (см. правый край шкалы на рис. 2.2) обладает высокой энергией, а мягкое (поближе к ультрафиолету) несёт меньшую энергию. Важен не только калибр пули. Выстрел из винтовки - одно дело, а той же пулей из рогатки - совсем другое.
Во-вторых, нас интересует не вся энергия излучения, а лишь та часть, что поглотилась облучённым телом. Энергия излучения, прошедшая сквозь тело, в дозу не входит.
пИ, в-третьих, в знаменателе дроби стоит масса. Но уже не масса радионуклида, как при расчёте удельной активности, а масса облучаемого тела - мишени. Ах, да, ещё используют какие-то зиверты. Но прежде, чем вы окончательно запутаетесь, хочу немного вдохновить вас. Правда, не всех, а лишь мужскую часть читателей.
Попробуем понять: а зачем нам, мужикам, нужно разбираться во всех этих греях и беккерелях? Представьте, вы знакомитесь с шикарной женщиной. Без больших денег удивить её трудно (я же понимаю: вряд ли эту книгу читает олигарх). Но мы поступаем так. Плавно переводим разговор на тему о радиации и небрежно вставляем типа: «Так… плотность загрязнения территории там была… м-м-м… 10 кюри на квадратный километр. Тогда эти чернобыльцы получали (тут надо потереть лоб указательным пальцем) среднюю дозу около 100 миллигрей. Больше нормы, но не опасно». Всё! Она в экстазе - она ваша!
А вот женщинам демонстрировать продвинутость в разговоре с мужчинами не рекомендуется: это оскорбление мужского достоинства. А если серьёзно, то пока не разберёмся в основах, - не сможем иметь самостоятельное мнение. И придётся нам принимать на веру мнение чужое. А потому - вперёд!
Вернёмся к нашим зивертам. Они-то зачем понадобились, греев нам мало? Оказывается, поглощённая доза учитывает не всё: она не учитывает различную способность разных видов излучений повреждать ткани живых организмов.Часто путают разные вещи: проникающую способность разных видов излучений и их повреждающее действие.
Да, у гамма-излучения высокая проникающая способность, от него труднее защититься. Но мы хотим сравнить повреждающее действие разных излучений при одинаковой поглощённой дозе. Например, когда полностью защититься не получается, и человек-таки набирает свои греи, - вот в этом случае альфа-излучение куда опаснее. Потому, что тяжёлые и заряженные альфа-частицы, попадая в живую клетку, тормозятся резко и гасят свою энергию на коротком участке пути. Альфа-частицы можно сравнить не просто с крупнокалиберными - а даже с разрывными пулями. Поэтому степень биологического повреждения при одинаковой поглощённой дозе для альфа-излучения будет выше.
Подчеркнём еще раз: один грей альфа-излучения опаснее, чем один грей бета- или гамма-излучения. Другое дело, что получить большую поглощённую дозу от бета- или гамма-излучения проще: достаточно находиться рядом с источником излучения (например, с изотопами стронция-90 или цезия-137). А от альфа-излучения способен защитить даже слой воздуха между вами и источником, например, урановым слитком.
Альфа-излучение становится опасным только при попадании радионуклида внутрь организма. Именно при внутреннем облучении и проявляется его повышенная опасность.
Если вы дышите радиоактивным радоном, или вы случайно выпьете урановый раствор (лучше не надо) - вот тогда полученный грей окажется зловредней, чем грей от стронция либо цезия.
Итак, не все ионизирующие излучения одинаково опасны. Но как это учесть? Для этой цели применяют поправочный коэффициент по отношению к принимаемому за стандарт гамма-излучению. Такой коэффициент носит сложное название - взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения. Запоминать его нет надобности.
Считается, что повреждающее действие бета- и гамма-излучения при равной их дозе одинаково: для бета-излучения коэффициент равен единице. А вот для альфа-излучения поправочный коэффициент равен двадцати .
Дозу, рассчитанную с учётом взвешивающего коэффициента, называют уже не поглощённой, а эквивалентной, - её-то и измеряют в зивертах (Зв).
Итак, мы имеем простую формулу:
Поглощенная доза * Коэффициент = Эквивалентная доза
Для бета- и гамма-излучения получаем:
1 Гр х 1 = 1 Зв , один грей равен одному зиверту.
А для коварного альфа-излучения имеем:
1 Гр х 20 = 20 Зв.
Каждый грей альфа-излучения в двадцать раз опаснее, чем гамма- или бета-излучения (кажется, я начинаю повторяться). Если же доза выражена в зивертах, её опасность для живых организмов - независимо от вида излучения - будет одинакова. Потому такую дозу и называют эквивалентной. Это понятие более удобное, чем поглощённая доза.
До введения зиверта эквивалентную дозу рассчитывали в бэрах. Расшифровывается бэр просто: биологический эквивалент рентгена. Сегодня бэры, как и рады, ушли в прошлое, но в научной литературе пока встречаются. Знайте, что соотношение зиверта и бэра такое же, как грея и рада:
1 Зв = 100 бэр.
Кстати, один зиверт - доза большая, можно сказать: аварийная. Такая доза может привести к острой лучевой болезни. Для небольших доз более удобная единица - миллизиверт (мЗв), одна тысячная часть зиверта. Для ясности: один миллизиверт - это средний природный фон без радона.
Итак, мы знаем две разновидности дозы: поглощённую и эквивалентную. Обе выражаются в джоулях на килограмм. Но совпадают они не всегда. Поглощённую дозу можно измерить. Эквивалентная доза больше скажет о последствиях облучения, но измерить её нельзя. Но можно рассчитать из поглощённой дозы.
А теперь самое главное. Дозой, прежде всего величиной дозы, определяется опасность радиации. И тут надо иметь в виду одну важную вещь: происхождение радиации значения не имеет. Для организма без разницы, откуда вы набрали дозу: от Солнца, из рентгеновского аппарата, на радоновом курорте, от ближайшей АЭС или в результате чернобыльской аварии, - всё равно. Главное - сколько этих самых миллизивертов.
Читатели, вы ещё не заснули? Потерпите немного: тяжело в учении - легко в бою. Чтобы новый материал легче переварился, взгляните на схему.
Рис. 3.1 Схема воздействия ионизирующих излучений на облучаемое тело
Из азбуки радиационной безопасности осталось уточнить ещё одно понятие - мощность дозы. Помните школьный курс физики? В каких единицах измеряется мощность? Нет, в лошадиных силах по традиции измеряют лишь мощность автомобильных двигателей. А в остальных случаях используют ватты. А чем мощность (ватт) отличается от энергии (джоуль)? Правильно. Мощность - это энергия, отнесенная к интервалу времени, то есть ватт - это джоуль в секунду.
В радиации то же самое. Если вы слышите: природный радиоактивный фон составляет семь микрорентген в час, то речь идёт именно о мощности дозы. А в современных дозиметрических приборах мощность дозы выражается в микрогреях в час.
Подведём итоги. Миф о самом опасном виде радиации - гамма- излучении - объясняется путаницей: смотря что понимать под опасностью. У гамма-излучения максимальная проникающая способность, от него труднее защититься. Но при одинаковой поглощённой дозе наиболее опасно альфа-излучение.
Опасность ионизирующих излучений определяется дозой, поглощённой мишенью. Доза может выражаться в двух единицах: греях и зивертах. Если доза выражена в зивертах, её последствия не зависят от вида излучения.
Литература
1. Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009: санитарно- эпидемиологические правила и нормативы. - М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 100 с.
Please enable JavaScript to view theРадиоактивностью называют свойство самопроизвольного излучения каких – либо веществ, при отсутствии внешних влияний.
Радиоактивные свойства впервые были обнаружены у урана в 1896 г французским физиком Анри Беккерелем (опыт с солями урана)
Впоследствии было установлено, что все химические элементы с порядковым номером более 83 являются радиоактивными.
Свойства радиоактивных излучений
1. Вызывают ионизацию газов
2. Оказывают химическое действие
3. Радиоактивность представляет собой не молекулярное явление, а внутреннее свойство атомов радиоактивного элемента
4. Радиоактивность препарата с любым химическим составом равна радиоактивности чистых радиоактинвых элементов, взятых в количестве, в котором они содержатся в этом препарате
5. Радиоактивные излучения не зависят от внешних воздействий (нагревания, увеличение давления), химические реакции, в которые вступают радиоактивные вещества не влияют на интенсивность излучения.
6. В результате радиоактивного излучения образуется вещество совершенно нового вида, полностью отличное по своим физическим и химическим свойствам от первоначального. Цепочка радиоактивных превращений заканчивается образованием нерадиоактивного (стабильного) изотопа.
7. Для каждого радиоактивного вещества существует определенный интервал времени, на протяжении которого активность убывает в 2 раза. Этот интервал носит название периода полураспада.
Период полураспада Т – это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов.
– закон радиоактивного распада
N 0 – число радиоактивных атомов в начальный момент времени
N – число радиоактивных атомов в конечный момент времени
t – время
T – период полураспада
8. Различают естественную радиоактивность (радиоактивность элементов встречающихся в природе) и искусственную радиоактивность) радиоактивность элементов получаемых при ядерных реакциях).
Чтобы обнаружить сложный состав радиоактивного излучения был проведен следующий опыт: радиоактивный препарат помещался на дно узкого канала в куске свинца. Против канала находилась фотопластинка. На выходе из канала на излучение действовало сильное магнитное поле, линии индукции которого перпендикулярны лучу. Вся установка помещалась в вакууме.
В отсутствии магнитного поля на фотопластинке после проявления обнаруживалось одно темное пятно, точно против канала.
В магнитном поле пучок распадался на три пучка.
Альфа излучение
Это поток положительно заряженных частиц – ядер атомов гелия. Скорости альфа частиц значительно меньше скорости бета частиц и лежат в пределах 10000- 20000 км/с. Кинетическая энергия альфа частиц велика: 4-10 Мэв.
Альфа излучение обладает наименьшей проникающей способностью. Слой бумаги толщиной около 0,1 мм полностью их задерживает.
Бета – излучение
Это поток быстрых электронов, вылетающих из атомов радиоактивного вещества. Скорости бета частиц огромны и составляют 0,99 скорости света. Энергия бета частиц доходит до нескольких мегаэлектронвольт.
Бета излучение является средним по свое проникающей способности. Их задерживает алюминиевая пластинка толщиной в несколько милиметров.
Гамма – излучение
Это поток электромагнитных волн очень малой длины (10 -8 - 10 -11 см). Скорость распространения гамма лучей в вакууме такая же, как у других электромагнитных волн 300000 км/с.
Гамма – излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Слой свинца толщиной в 1 см уменьшает интенсивность гамма – излучение вдвое.
Гамма излучение и рентгеновское излучение равной длины волны, кроме способа получения, ничем друг от друга не отличаются.
В ядрах одного и того же элемента число нейтронов может быть различным, а число протонов всегда одно и то же. Такие ядра называются изотопами . Например, в ядрах водорода всегда 1 протон, а число нейтронов может быть 0, 1, 2, 3, 4, 6.
Радиоактивность
Радиоактивность - явление самопроизвольного превращения неустойчивого изотопа одного химического элемента в изотоп другого элемента. При этом испускаются частицы, обладающие большой проникающей способностью.
Например, радиоактивный элемент радий превращается в другой химический элемент - радон с выделением гелия.
В 1899 г. Э. Резерфорд провел опыт, в результате которого было обнаружено, что радиоактивное излучение неоднородно. Существуют три различные частицы с разными зарядами. Альфа-частица - положительно заряженная (лишенный электронов атом гелия), бета-частица - отрицательно заряженная (электрон), и нейтральная гамма-частица (фотон).
Три вида излучения обладают разной проникающей способностью. Самые поникающие - гамма-лучи. Они легко проходят через вещество. Чтобы их остановить нужна свинцовая пластина толщиной 5 см, либо 30 см бетона, либо 60 см грунта.
Ядерные реакции
Альфа-распад
Пример: 
где - альфа-излучение - ядра гелия.
Этот распад наблюдается для тяжелых ядер с А>200. При альфа-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который в таблице Менделеева расположен на 2 клетки ближе к ее началу, чем исходный.
Бета-распад
Пример: 
где - бета-излучение - электроны.
При бета-распаде одного химического элемента образуется другой химический элемент, который расположен в таблице Менделеева в следующей клетке за исходным.
Гамма-излучение
Испускание гамма-излучения не приводит к превращениям элементов.
В ходе ядерной реакции суммарный электрический заряд и число нуклонов сохраняются. Ядерные реакции бывают двух типов: эндотермические (с поглощением энергии) и экзотермические (с выделением энергии). Если сумма масс исходного ядра и частиц, больше суммы масс конечного ядра и испускаемых частиц, то энергия выделяется, и наоборот.
Открытие протона: 
Ни для кого не секрет, что радиация вредна. Это знают все. Все слышали про ужасные жертвы и опасность радиоактивного воздействия. Что же такое радиация? Как она возникает? Существуют ли разные виды радиации? И как от нее защититься?
Слово «радиация» происходит от латинского radius и обозначает луч. В принципе радиация - это все виды существующих в природе излучений - радиоволны, видимый свет, ультрафиолет и так далее. Но излучения бывают различными, некоторые из них полезны, некоторые вредны. Мы в обычной жизни привыкли словом радиация называть вредное излучение, возникающее вследствие радиоактивности некоторых видов вещества. Разберем, как на уроках физики объясняют явление радиоактивности.
Радиоактивность в физике
Мы знаем, что атомы вещества состоят из ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так вот ядро - это в принципе очень устойчивое образование, которое сложно разрушить. Однако, ядра атомов некоторых веществ обладают нестабильностью и могут излучать в пространство различную энергию и частицы.
Это излучение называют радиоактивным, и оно включает в себя несколько составляющих, которые назвали соответственно первым трем буквам греческого алфавита: α-, β- и γ- излучение. (альфа-, бета- и гамма-излучение). Эти излучения различны, различно и их действие на человека и меры защиты от него. Разберем все по порядку.
Альфа-излучение
Альфа-излучение — это поток тяжелых положительно заряженных частиц. Возникает в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или воздухом, оно облучает внутренние органы и становится опасным.
Бета-излучение
Бета-излучение — это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.
Гамма-излучение
Гамма-излучение — это фотоны, т.е. электромагнитная волна, несущая энергию. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани. Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.
Как видно, альфа-излучение по его характеристикам практически не опасно, если не вдохнуть его частички или не съесть с пищей. Бета-излучение может причинить ожоги кожи в результате облучения. Самые опасные свойства у гамма-излучения. Оно проникает глубоко внутрь тела, и вывести его оттуда очень сложно, а воздействие очень разрушительно.
В любом случае без специальных приборов знать, что за вид радиации присутствует в данном конкретном случае нельзя, тем более, что всегда можно случайно вдохнуть частички радиации с воздухом. Поэтому общее правило одно - избегать подобных мест, а если уж попали, то укутаться как можно большим количеством одежды и вещей, дышать через ткань, не есть и не пить, и постараться поскорее покинуть место заражения. А потом при первой же возможности избавиться от всех этих вещей и хорошенько вымыться.
Радиоактивность также можно рассматривать как свидетельство сложного строения атомов. Изначально еще философы древности представляли себе мельчайщую частицу вещества - атом - неделимой частицей. Как радиактивность позволила разрушить данное представление? Подробности по ссылке.
Невидимые лучи проникают сквозь все предметы вокруг и сквозь нас самих. Мы их никак не воспринимаем и не чувствуем. Защититься от них невозможно, они неуловимы и всепроникающи. Они могут излечивать и могут убивать, могут способствовать рождению невиданных ранее существ на земле и приводить к возникновению новых звёздных скоплений в отдалённых уголках нашей галактики.
Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко - .
Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.
Повседневная защита
Одним из самых эффективных способов защиты в повседневной жизни является применение так называемых или индивидуальных дозиметров. Это особенно актуально в силу того, что человеческий организм лишён возможности воспринимать радиацию через органы чувств, он её просто не замечает. Выделяют следующие индивидуальные дозировки:
- Нормальная повседневная доза: 10−20 микрорентген в час.
- Нормальная одноразовая доза: 100 микрорентген.
- Смертельная доза: 600 рентген. При получении такой одноразовой дозы облучения человек погибает в течение одной-двух недель.
Необходимо иметь в виду что элементарное мытьё рук чистой водой с мылом является профилактикой радиоактивного заражения, так как в этом случае происходит эффективное удаление заражённых радиоактивных веществ с поверхности кожи.
Не нужно пытаться открыть или разбирать случайно найденные предметы с радиационной маркировкой. Это не только опасно для вашего здоровья и здоровья окружающих. Нужно иметь в виду, что в Уголовном кодексе имеется соответствующая статья за намеренное или случайное радиоактивное загрязнение, поэтому лучше сразу сообщите об опасной находке в соответствующие службы.
