Радиация невсегда страшна: все, что выхотели обэтом знать

29.12.2010 Наука и жизнь

Сфера из плутония-238 светится в темноте, подобно одноваттной лампочке. Плутоний токсичен, радиоактивен и поразительно тяжел: один килограмм этого вещества умещается в кубике со стороной 4 см.

Что же такое радиация? Так именуют разные виды ионизирующего излучения, другими словами того, которое способно отрывать электроны от атомов вещества. Три главных вида ионизирующего излучения принято обозначать греческими буквами альфа, бета и гамма. Альфа-излучение — это поток ядер гелия-4 (фактически целый гелий из воздушных шариков когда-то был альфа-излучением), бета — поток стремительных электронов (реже позитронов), а гамма — поток фотонов высокой энергии.

Еще один вид радиации — поток нейтронов. Ионизирующее излучение (за исключением рентгеновского) — итог ядерных реакций, исходя из этого ни сотовые телефоны, ни микроволновые печи не являются его источниками.

Заряженное оружие

Из всех видов мастерства для нас наиболее значимым, как мы знаем, есть кино, а из видов радиации — гамма-излучение.Радиация невсегда страшна: все, что выхотели обэтом знать Оно владеет высокой проникающей свойством, и теоретически никакая преграда не может обезопасисть от него всецело. Мы всегда подвергаемся гамма-облучению, оно приходит к нам через толщу воздуха из космоса, пробивается через стены и слой грунта домов.

Обратная сторона таковой всепроникаемости — довольно не сильный разрушающее воздействие: из громадного количества фотонов только малая часть передаст собственную энергию организму. Мягкое (низкоэнергетическое) гамма-излучение (и рентгеновское) по большей части взаимодействует с веществом, выбивая из него электроны за счет фотоэффекта, твёрдое — рассеивается на электронах, наряду с этим фотон не поглощается и сохраняет заметную часть собственной энергии, так что возможность разрушения молекул в таком ходе намного меньше.

Бета-излучение по собственному действию близко к гамма-излучению — оно также выбивает электроны из атомов. Но при внешнем облучении оно всецело поглощается кожей и ближайшими к коже тканями, не доходя до внутренних органов. Однако это ведет к тому, что поток стремительных электронов передает облученным тканям большую энергию, что может привести к лучевым ожогам либо вызвать, к примеру, катаракту.

Альфа-излучение несет большой импульс и значительную энергию, что разрешает ему выбивать электроны из атомов а также сами атомы из молекул. Исходя из этого причиненные им «разрушения» намного больше — считается, что, передав телу 1 Дж энергии, альфа-излучение нанесет такой же ущерб, как 20 Дж при гамма- либо бета-излучения. К счастью, проникающая свойство альфа-частиц очень мелка: они поглощаются самым верхним слоем кожи.

Но при попадании вовнутрь организма альфа-активные изотопы очень страшны: вспомните печально известный чай с альфа-активным полонием-210, которым был отравлен Александр Литвиненко.

Нейтральная опасность

Но первое место в рейтинге опасности, без сомнений, занимают стремительные нейтроны. Нейтрон не имеет заряда и исходя из этого взаимодействует не с электронами, а с ядрами — лишь при «прямом попадании». Поток стремительных нейтронов может пройти через слой вещества в среднем от 2 до 10 см без сотрудничества с ним. Причем при тяжелых элементов, столкнувшись с ядром, нейтрон только отклоняется в сторону, практически не теряя энергии.

А при столкновении с ядром водорода (протоном) нейтрон передает ему приблизительно половину собственной энергии, выбивая протон с его места. Этот стремительный протон (либо, в меньшей степени, ядро другого легкого элемента) и приводит к ионизации в веществе, действуя подобно альфа-излучению. В следствии нейтронное излучение, подобно гамма-квантам, легко попадает вовнутрь организма, но в том месте полностью поглощается, создавая стремительные протоны, вызывающие громадные разрушения.

Помимо этого, нейтроны — это то самое излучение, которое вызывает наведенную радиоактивность в облучаемых веществах, другими словами превращает стабильные изотопы в радиоактивные. Это очень неприятный эффект: скажем, с транспортных средств по окончании нахождения в очаге радиационной аварии альфа-, бета- и гамма-активную пыль возможно смыть, а вот от нейтронной активации избавиться нереально — излучает уже сам корпус (на этом, кстати, и был основан поражающий эффект нейтронной бомбы, активировавшей броню танков).

В природе нейтронное излучение очень незначительно. По сути, риск подвергнуться ему существует только при ядерной бомбардировке либо важной аварии на АЭС с выбросом и расплавлением в вохдух большей части активной территории реактора (да да и то только в первые секунды).

Газоразрядные счетчики

Радиацию возможно найти и измерить посредством разных датчиков. Самые простые из них — ионизационные камеры, пропорциональные и газоразрядные счётчикиГейгера-Мюллера. Они являются тонкостенную железную трубку с газом (либо воздухом), на протяжении оси которой натянута проволочка — электрод.

Между проволочкой и корпусом прикладывают напряжение и измеряют протекающий ток. Принципиальное отличие между датчиками только в величине прикладываемого напряжения: при маленьких напряжениях имеем ионизационную камеру, при громадных — газоразрядный счетчик, где-то посередине — пропорциональный счетчик.

пропорциональные счётчики и Ионизационные камеры разрешают выяснить энергию, которую передала газу любая частица. Счетчик Гейгера-Мюллера лишь вычисляет частицы, но показания с него весьма легко приобретать и обрабатывать: мощность каждого импульса достаточна, дабы напрямую вывести ее на маленький динамик! Ответственная неприятность газоразрядных счетчиков — связь скорости между энергии и счета излучения при однообразном уровне радиации.

Для ее выравнивания применяют особые фильтры, поглощающие часть мягкого гамма- и всё бета-излучение. Для измерения плотности потока бета- и альфа-частиц такие фильтры делают съемными. Помимо этого, для увеличения чувствительности к бета- и альфа-излучению используются «торцевые счетчики»: это диск с донышком в качестве одного электрода и вторым спиральным проволочным электродом.

Крышку торцевых счетчиков делают из весьма узкой (10−20 мкм) пластинки слюды, через которую легко проходит мягкое бета-излучение а также альфа-частицы.

сцинтилляторы и Полупроводники

Вместо ионизационной камеры возможно применять полупроводниковый датчик. Несложным примером помогает простой диод, к которому приложено закрывающее напряжение: при попадании ионизирующей частицы в p-n-переход она формирует дополнительные носители заряда, каковые приводят к появлению импульса тока. Дабы повысить чувствительность, применяют так именуемые pin-диоды, где между слоями p- и n-полупроводников имеется довольно толстый слой нелегированного полупроводника.

Такие датчики компактны и разрешают измерять энергию частиц с высокой точностью. Но количество чувствительной области у них мелок, а потому чувствительность ограничена. Помимо этого, они куда дороже газоразрядных.

Еще один принцип — измерение и подсчёт яркости вспышек, каковые появляются в некоторых веществах при поглощении частиц ионизирующего излучения. Заметить невооруженным глазом эти вспышки запрещено, но особые высокочувствительные устройства — фотоэлектронные умножители — на это способны. Они кроме того разрешают измерять изменение яркости во времени, что характеризует утраты энергии каждой отдельной частицей.

Датчики на этом принципе именуют сцинтилляторными.

Щит от радиации

Для защиты от гамма-излучения самый действенны тяжелые элементы, такие как свинец. Чем больше номер элемента в таблице Менделеева, тем посильнее в нем проявляется фотоэффект. Степень защиты зависит и от энергии частиц излучения. Кроме того свинец ослабляет излучение от цезия-137 (662 кэВ) только вдвое на каждые 5 мм собственной толщины. При кобальта-60 (1173 и 1333 кэВ) для двукратного ослабления потребуется уже более сантиметра свинца.

Только для мягкого гамма-излучения, для того чтобы как излучение кобальта-57 (122 кэВ), важной защитой будет и достаточно узкий слой свинца: 1 мм ослабит его раз в десять. Так что противорадиационные костюмы из фильмов и компьютерных игр в действительности защищают только от мягкого гамма-излучения.

Бета-излучение всецело поглощается защитой определенной толщины. К примеру, бета-излучение цезия-137 с большой энергией 514 кэВ (и средней 174 кэВ) всецело поглощается слоем воды толщиной в 2 мм либо всего 0,6 мм алюминия. А вот свинец для защиты от бета-излучения применять не следует: через чур стремительное торможение бета-электронов ведет к образованию рентгеновского излучения.

Дабы всецело поглотить излучение стронция-90, необходимо менее 1,5 мм свинца, но для поглощения появившегося наряду с этим рентгеновского излучения требуется еще сантиметр!

От внешнего альфа-облучения защититься несложнее всего: для этого достаточно листа бумаги. Но, большинство альфа-частиц не проходит в воздухе и пяти сантиметров, так что защита может потребоваться разве что при яркого контакта с радиоактивным источником. Куда серьёзнее защититься от попадания альфа-активных изотопов вовнутрь организма, для чего употребляется маска-респиратор, а в совершенстве — герметичный костюм с изолированной совокупностью дыхания.

Наконец, от стремительных нейтронов оптимальнеезащищают богатые водородом вещества. К примеру, углеводороды, наилучший вариант — полиэтилен. Испытывая столкновения с атомами водорода, нейтрон скоро теряет энергию, замедляется и скоро делается неспособен приводить к ионизации.

Но такие нейтроны все еще смогут активировать, другими словами преобразовывать в радиоактивные, многие стабильные изотопы. Исходя из этого в нейтронную защиту довольно часто додают бор, что сильно поглощает такие медленные (их именуют тепловыми) нейтроны. Увы, толщина полиэтилена для надежной защиты должна быть как минимум 10 см.

Так что она получается ненамного легче, чем свинцовая защита от гамма-излучения.

Пилюли от радиации

Человеческий организм более чем на три четверти складывается из воды, так что главное воздействие ионизирующего излучения — радиолиз (разложение воды). Образующиеся свободные радикалы приводят к лавинному каскаду патологических реакций с происхождением вторичных «осколков». Помимо этого, излучение повреждает химические связи в молекулах нуклеиновых кислот, приводя к дезинтеграции и деполимеризацию ДНК и РНК.

Инактивируются наиболее значимые ферменты, имеющие в собственном составе сульфгидрильную группу — SH (аденозинтрифосфатаза, сукциноксидаза, гексокиназа, карбоксилаза, холинэстераза). Наряду с этим нарушаются процессы энергетического обмена и биосинтеза, из уничтоженных органелл в цитоплазму высвобождаются протеолитические ферменты, начинается самопереваривание. В группе риска прежде всего выясняются половые клетки, предшественники форменных элементов крови, клетки желудочно-кишечного тракта и лимфоциты, а вот мышечные клетки и нейроны к ионизирующему излучению достаточно устойчивы.

Препараты, талантливые обезопасисть от последствий облучения, стали деятельно разрабатываться в середине XX века. Более-менее действенными и пригодными для массового применения были только кое-какие аминотиолы, такие как цистамин, цистеамин, аминоэтилизотиуроний. По сути они являются донорами — SH групп, подставляя их под удар вместо «родных».

Радиация около нас

Дабы столкнуться с радиацией «лицом к лицу», аварии вовсе не необходимы. Радиоактивные вещества активно используются в быту. Природной радиоактивностью владеет калий — очень важный для всего живого элемент. Из-за малой примеси изотопа K-40 в природном калии «фонит» диетическая соль и калийные удобрения.

В некоторых ветхих объективах употреблялось стекло с примесью оксида тория. Данный же элемент додают в кое-какие современные электроды для аргоновой сварки. До середины ХХ века деятельно применяли устройства с подсветкой на базе радия (в наши дни радий заменили на менее страшный тритий).

В некоторых датчиках дыма употребляется альфа-излучатель на базе америция-241 либо высокообогащенного плутония-239 (да-да, того самого, из которого делают ядерные бомбы). Но нервничать не следует — вред здоровью от всех этих источников намного меньше вреда от тревоги по этому поводу.

мощность и Доза

При оценке и измерении радиации употребляется множество единиц и понятий.

— Экспозиционная доза пропорциональна количеству ионов, каковые создают гамма- и рентгеновское излучения в единице массы воздуха. Ее принято измерять в рентгенах (Р).

— Поглощенная доза — количество энергии излучения, поглощенное единицей массы вещества. Ранее ее измеряли в радах (рад), а на данный момент измеряют в греях (Гр).

— Эквивалентная доза дополнительно учитывает отличие в разрушительной свойстве различных типов радиации. Ранее ее измеряли в «биологических эквивалентах счастлива» — бэрах (бэр), на данный момент- в зивертах (Зв).

— Действенная доза учитывает разную чувствительность органов к радиации: так, облучать руку менее страшно, чем пояснице либо грудь. Ранее измерялась в тех же бэрах, на данный момент — в зивертах.

Перевод одних единиц измерения в другие не всегда корректен, но принято вычислять, что экспозиционная доза гамма-излучения в 1 Р принесет организму такой же вред, как эквивалентная доза 1/114 Зв. Перевод рад в греи и бэров в зиверты весьма несложен: 1 Гр = 100 рад, 1Зв = 100бэр. Для перевода поглощенной дозы в эквивалентную применяют коэффициент качества излучения, равный 1 для гамма- и бета-излучения, 20 для альфа-излучения и 10 для стремительных нейтронов.

К примеру, 1 Гр стремительных нейтронов = 10Зв = 1000 бэр.

— Природная мощность эквивалентной дозы (МЭД) внешнего облучения в большинстве случаев образовывает 0,06 — 0,10мкЗв/ч, но в некоторых местах возможно и менее 0,02 мкЗв/ч либо более 0,30 мкЗв/ч. Уровень более 1,2мкЗв/ч в Российской Федерации официально считается страшным, не смотря на то, что в салоне самолета на протяжении перелета МЭД может многократно быть больше это значение. А экипаж МКС подвергается облучению с мощностью приблизительно 40 мкЗв/ч.

Статья «Лекарство от радиофобии» размещена в издании «Популярная механика» (№111, январь 2012).

Случайные записи:

7 СТРАШНЫХ ФАКТОВ О ЗЕМЛЕ, КОТОРЫЕ НУЖНО ЗНАТЬ


Похожие статьи, которые вам понравятся: