Интересные факты о радиации
Понятия радиации и радиоактивности вошли в жизнь человека сравнительно недавно. Ещё 150 лет назад о существовании этих явлений люди и не подозревали, а сегодня о том, что существует угрожающая всему живому опасная радиация, знает каждый. В этом посте — о том, что такое радиация, а также самые главные и интересные факты о ней.
Что такое радиация?
Под словом радиация понимают обычно ионизирующее излучение. Непонятно? На самом деле всё просто. Ионизирующее излучение — это такое излучение, которое способно ионизировать вещество путём отрыва электронов от атомов.
Схематично это можно изобразить так:
У нас есть обычный атом, в котором отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг положительно заряженного ядра. Излучение попадает в атом, выбивает электрон, и у нас вместо одного нейтрального атома получаются отдельно электрон и положительно заряженный ион.
Ионизация вещества меняет его физические и химические свойства. Ионизирующее излучение способно повреждать и разрывать сложные органические молекулы, нарушая нормальные процессы в живых клетках, именно из-за этого радиация так вредна для всего живого.
Какие бывают виды радиации?
На самом деле ионизировать вещество могут разные виды излучений, и источники этих излучений тоже могут быть разные. В самом начале, при исследовании излучений, исходящих от радиоактивных материалов, учёные поделили эти излучения на три вида, которые назвали первыми буквами греческого алфавита, т. е. α- , β- и γ-излучение.
Позже выяснили, что α-излучение — это поток α-частиц, каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов, β-излучение — это поток электронов, а γ-излучение — это поток фотонов высокой энергии. Все эти излучения испускают радиоактивные вещества при радиоактивном распаде. Но источником радиации могут быть не только радиоактивные вещества. Источником радиации также могут быть различные космические объекты, включая Солнце (к счастью, почти вся солнечная радиация задерживается атмосферой), а также различные приборы, созданные человеком, например, рентгеновские аппараты.
Три вида излучения обладают разными свойствами. α- и β-излучения, состоящие из заряженных частиц, обладают невысокой проникающей способностью. β-излучение не сможет проникнуть через лист бумаги, а α-излучение даже в воздухе пройдёт не более пяти сантиметров. Пострадать от этих излучений можно только тогда, когда радиоактивные вещества попадут внутрь организма, например, вместе с едой или при вдыхании радиоактивной пыли. А вот γ-излучение обладает очень большой проникающей способностью, даже толстый слой свинца задерживает его не полностью.
Как определить радиацию
Обычно радиацию, по крайней мере, саму по себе, нельзя увидеть или почувствовать. Некоторые вещества при облучении их радиацией начинают светиться, но подобное свечение (люминесценция) может наблюдаться и по другим причинам, не связанным с радиацией.
Старые часы, в которых на стрелки и циферблат нанесена краска, содержащая соли радия. Поэтому они светятся в темноте.
Впервые явление радиоактивности было открыто по воздействию радиации на фотоплёнку. Французский физик Беккерель случайно обнаружил, что фотопластинки, лежавшие в тёмном шкафу и закрытом конверте, засветились под действием находившихся рядом солей урана.
В дальнейшем физики нашли другие способы определения радиации и измерения интенсивности радиационного излучения. Сегодня прибор для измерения радиации (дозиметр) может купить любой желающий. Правда обычные бытовые дозиметры измеряют только γ-излучение. Все виды излучения определяют лишь дорогие профессиональные приборы.
Долгое время люди не понимали опасности радиации
С радиацией и радиоактивными веществами связаны яркие примеры легкомысленного отношения к научным открытиям. И это не только создание ядерного оружия, способного уничтожить цивилизацию, или неудачно сконструированных АЭС, аварии на которых привели к выбросам радиоактивных веществ. Люди долго вообще не понимали, что радиация опасна. Более того, они почему-то решили, что радиация полезна для здоровья.
В результате в первой половине 20 века в мире возникла мода на всё радиоактивное. В продаже появилась радиоактивная минеральная вода, радиоактивные сигареты, радиоактивная косметика и даже радиоактивные лекарства и продукты питания. Посуду покрывали радиоактивной глазурью, а стрелки и циферблаты часов и других приборов — светящейся радиоактивной краской.
Радиоактивная зубная паста
Французская радиоактивная косметика была очень дорогой и престижной
Радиоактивная вода с радием и торием рекламировалась как лекарство от множества болезней
Прибор для производства радиоактивной воды. Американская фирма-производитель уверяла, что употребляя такую воду, можно значительно улучшить здоровье и повысить продолжительность жизни.
Такой «набор юного атомщика», содержащий радиоактивные материалы, продавался в США в 1950-е
После изобретения ядерного оружия разные страны, особенно США, увлеклись проведением ядерных взрывов. Военные опасались лишь взрывной волны и мощного светового излучения, но совсем не думали о проникающей радиации и последующем радиоактивном заражении местности. В США посмотреть на ядерные испытания регулярно приезжали репортёры и простые граждане.
Американцы удобно расположились, чтобы наблюдать ядерный взрыв
Американские репортёры снимают ядерный взрыв
Почему же люди далеко не сразу поняли опасность радиации? Конечно, во многом на это повлияли глупость и легкомыслие. Первые исследования, которые наглядно доказали вред радиации для живых организмов, были проведены ещё в 20-е годы. Но учёным ещё не хватало знаний, чтобы объяснить механизм вредоносного влияния радиации. Тогда ещё не знали, например, что наследственная информация хранится в ДНК, и их повреждение радиацией разрушает эту информацию, приводя к мутациям. Поэтому большинство предпочитало игнорировать результаты исследований и верить в то, что радиация полезна, а не вредна.
Пагубное же действие радиации на организм человека проявлялось далеко не сразу. Даже при получении дозы, которая является однозначно смертельной, человек может умереть лишь через несколько месяцев. Кроме того, болезни, обычно вызываемые радиацией, такие, как рак, малокровие, снижение иммунитета и т. п., могли возникать и по другим причинам. Поэтому то, что получившие облучение люди болеют и умирают именно от радиации, для большинства долгое время не было очевидным.
Радиоактивные вещества легко получить, но трудно обезвредить
В природе совсем немного радиоактивных веществ. И это не удивительно, т. к. новые радиоактивные элементы практически не образуются, а те, которые были на Земле в момент её возникновения, постепенно распадаются. Т. к. возраст нашей планеты больше 4 млрд. лет, на ней к сегодняшнему времени остались лишь самые долгоживущие радиоактивные элементы, такие, как уран и торий.
Однако с открытием цепной ядерной реакции в уране-235 всё изменилось. Сам уран из-за большого периода полураспада обладает относительно слабой радиоактивностью, однако продукты его распада очень радиоактивны. Кроме того, помещая определённые вещества в реактор, можно также получать новые радиоактивные изотопы. Например, из урана-238, непригодного для цепной реакции, получается плутоний, из тория уран-233 и т. п.
Высокорадиоактивные отходы, образующиеся после ядерных реакций, представляют собой огромную проблему. Даже небольшое количество таких отходов, попав в окружающую среду, может надолго сделать непригодными для проживания огромные территории. Современная наука не знает применимых на практике способов превратить радиоактивные вещества в нерадиоактивные, остаётся лишь тщательно собирать радиоактивные отходы и герметично изолировать в специальных хранилищах.
А в 1950 американский физик Лео Силард описал идею кобальтовой бомбы. Если оболочку атомной бомбы сделать из обычного безвредного кобальта, при облучении нейтронами он превратится в радиоактивный кобальт-60, который приведёт к сильному и длительному радиоактивному загрязнению. По его подсчётам, всего 500 тонн кобальта было бы достаточно, чтобы всё человечество погибло от радиации.
И всё же, радиация радиации рознь
Не стоит пугаться и бежать сломя голову от любой радиации. Вред, который радиация может нанести организму, зависит от большого числа факторов. Это и интенсивность излучения, и его тип и энергия, и продолжительность воздействия, и вероятность попадания и накопления радиоактивных веществ в организме. Например, кратковременное облучение в рентгеновском аппарате сравнительно безвредно, при этом оно может помочь выявить на ранней стадии многие опасные заболевания.
Для сравнения — факты о двух радиоактивных веществах.
Полоний-210 экстремально опасное вещество. Из-за высокой радиоактивности он самопроизвольно разогревается и испаряется, после чего может попасть в организм с вдыхаемым воздухом. α-частицы высокой энергии оказывают разрушающее воздействие на все ткани и органы, достаточно попадания в организм всего нескольких миллионных долей грамма, чтобы человек умер.
Висмут — в принципе, также является радиоактивным материалом. Однако период его полураспада настолько велик, что если взять 1 грамм висмута, то за три дня в нём распадётся в среднем лишь один атом. Поэтому висмут считается практически столь же безопасным, как и стабильные элементы, его используют в производстве лекарств и косметики.
Но даже радиоактивные элементы с небольшим периодом полураспада могут быть относительно безопасны при правильном применении. Например, радиоактивный изотоп водорода тритий сегодня используется в производстве светящихся брелков, часов со светящимися стрелками и циферблатами и т. п.
Часы с тритиевой подсветкой
В отличие от радиоактивных часов прошлого, часы с тритием сравнительно безопасны. Бета-излучение с низкой энергией, испускаемое тритием, не проникает через стекло, и даже если капсула разобьётся, обладающий малой плотностью газ улетучится в атмосферу, не успев причинить какого-либо вреда.
Источник
Опасности альфа-излучения
Радиация стала изучаться относительно недавно. Одним из ученых, который внес в сферу изучения этого явления весомый вклад, стал Резерфорд. Он был автором теперь уже классического опыта на основе помещения радиоактивного излучателя в магнитное поле. Использованный в экспериментах радиоактивный пучок разделился на три составляющих. Те лучи, которые испытали минимальное отклонение, получили название альфа-лучи. С тех пор облучение из этой гаммы стало использоваться во благо. Но существует ряд случаев, когда подобное излучение наносило вред живому.
Основные источники альфа-излучения
Усовершенствовав методику изучения радиационного влияния, англичанин Резерфорд выяснил, что отклонение альфа-излучения фиксируется также в электрическом поле. Было замечено, что лучи больше тяготеют к отрицательному полюсу.
Так было установлено, что альфа-облучение относится к категории положительных частиц. Их параметры идентичны показателям гелиевых ядер. У обычного атома этого элемента в составе содержится всего пара электронов. В научной среде такие лучи носят название α-излучение.
Разобравшись с тем, что такое альфа-излучение, ученые начали искать его первоисточники. Схематически их можно разделить на две равноценные категории:
Всего существует четыре основных источника излучения разного происхождения:
- Испускание ядер гелия. Происходит ядерный распад тяжелых элементов вроде радия, либо тория.
- Межзвездный газ. Возникает из-за ускорения гелиевых ядер из космического пространства, которые стремятся преодолеть земное тяготение.
- Научные эксперименты. Опыты, которые проводятся специалистами в условиях радиоизотопных лабораторий, должны включать в себя ускорители заряженных частиц. Все вместе это генерирует нужное облучение.
- Промышленность. Подразумевает под собой различные объекты урановой индустрии и ядерные реакторы.
Особенности α-лучей в разных средах
Кроме необходимости знать, что такое альфа-излучение для защиты себя от его влияния, нужно разбираться в его особенностях.
Стартовая скорость таких частиц варьируется в рамках 14-20 тысяч км/с. По сравнению с бета-частицами они считаются более массивными. Разница составляет более 7300 раз. Из-за этого ионизирующая способность лучей считается высокой.
Среднестатистический показатель создания пара ионов тут составляет 200000 раз. Для этого должны быть соблюдены основные условия: свободное движение в воздухе, температура окружающей среды в 15 градусов и обычное атмосферное давление.
Но срок «жизнеспособности» этих частиц довольно ограничен. Вызвано это тем, что при ионизации требуются многочисленные энергетические затраты. После того как частицы начинают последовательно тормозить, их способность к ионизации значительно возрастает.
Свободный пробег частиц из альфа-гаммы по воздуху составляет не более 11 см при благоприятной среде. А вот жидкая и твердая среды не благоприятны для проникновения лучей. Здесь они не могут продвинуться даже на миллиметр.
Сферы использования альфа-излучения
Многие люди напуганы мифами касательно поражающей способности альфа-излучения, путая его с опасными рентгенологическими лучами.
После тщательного изучения особенностей альфа-частиц, ученые разработали отдельное направление терапии. Оно включает в себя дозированное воздействие на организм человека для достижения узкого круга результатов во благо улучшения здоровья.
Главными «действующими лицами» в подобных процедурах выступают изотопы вроде радона и торона. Они имеют строго ограниченный срок жизнедеятельности, из-за чего выводятся из организма естественным путем оперативно.
С их помощью медики проводят следующий спектр процедур:
- ванны с привлечением радона;
- употребление радоновой воды вовнутрь;
- аппликации и орошения на основе радона;
- ингаляции с радоновым компонентом.
Согласно некоторым исследованиям, альфа-лучи считается более эффективным и безопасным решением для больных, нежели более разрекламированное бета-облучение. Объясняется это тем, что альфа-частицы могут направляться сфокусировано на строго определенный участок. Это гарантирует возможность уничтожить опасные болезнетворные клетки точечно.
Этот метод был взят на вооружение ведущими мировыми онкологами при лечении раковых опухолей. Он пользуется спросом и из-за того, что позволяет снизить число нужных для полного курса лечения процедур по сравнению с бета-облучением.
Главными действиями, которыми обладает альфа-терапия, называют:
- противовоспалительное,
- обезболивающее,
- успокаивающее.
Благодаря всему вышеперечисленному терапию стали задействовать при лечении заболеваний из области гинекологии и сердечно-сосудистых проблем. Передовые технологии позволяют прибегать к помощи альфа-частиц при лечении опорно-двигательного аппарата.
Но перед тем как включить представленную терапию в перечень медицинских процедур, прошедших одобрение, ученые годами исследовали влияние альфа-лучей. В ходе экспериментов они научились вычислять предельно допустимые дозировки для человека, оптимальные механизмы воздействия. Также исследователи создали целый ряд методов защиты от «прирученной» радиации.
Как защитить себя от альфа-излучения?
Защита от альфа-излучения базируется на особенностях проникающей способности лучей. Из-за своей короткой длины и ионизирующих возможностей альфа-лучи способны проникнуть в организм человека только на небольшую глубину. На практике это означает, что частицы лишь повреждают поверхность кожи. Но это правило распространяется только на внешнее прямое попадание лучей.
Если α-облучение осуществлялось с пищей или посредством ранее поврежденного покрова, то негативное воздействия лучей увеличивается. В таком случае у пациента фиксируют тяжелое отравление, инициатором которого стали массивные частицы. Они образовывают окислители, свободный кислород и водород.
Если производить облучение высокими дозами бесконтрольно и на регулярной основе, то лучи могут негативно сказаться на самочувствии. Опасные частицы могут накапливаться в гипофизе или коре надпочечников. После они начинают работать над уменьшением адаптационных свойств организма.
Но если сравнивать защиту от альфа, бета, гамма-излучения между собой, то первый вариант считается самым простым. Вызвано это доказанной относительной безобидностью такого потока частиц. Из-за этого людям не требуется защищаться от его влияния особенными средствами. Достаточно просто отойти на 20 сантиметров от объекта излучения, чтобы оказаться в зоне безопасности.
Если невозможно отойти на рекомендуемое расстояние, то в качестве блокиратора выступает:
- обычная бумага;
- слой ткани;
- тонкая пластина алюминия.
Даже обычная плотная одежда может стать полноценным барьером, помогающим защититься от облучения.
Гораздо сложнее дела обстоят с внутренним облучением. Чтобы не допустить столь серьезного расклада, стоит сработать на опережение. Речь идет о полном недопущении попадания радионуклидов внутрь организма. На помощь могут прийти средства для индивидуальной защиты:
- спецодежда, включая обувь, на основе ряда особых материалов;
- щитки из оргстекла для защиты органов зрения;
- дерматологические кремы, которые защищают чувствительную кожу.
Отдельно доктора составили список продуктов, которые позволяют значительно ускорить вывод опасных радионуклидов из человеческого организма.
В перечень попали продукты питания, которые содержат в своем составе витамины группы В и С. Если доза облучения была незначительной, то справиться с ней могут даже перепелиные яйца. Объясняется это тем, что яйца перепелок содержат в себе ряд полезным аминокислот и вещества, имеющие доказанное радиозащитное действие.
В растительном мире обратить внимание следует на топинамбур. Он практически единственный овощ, который не накапливает радиоактивные элементы.
Еще одним интересным фактом об альфа-излучении выступает невозможность диагностировать его в пространстве обычными дозиметрами. Вызвано это специфичной маленькой способность к проникновению.
Выручить в спорной ситуации сможет только счетчик Гейгера. Он оповестит оператора о возможной угрозе, что гарантирует возможность принять оперативные меры по предотвращению бесконтрольного облучения.
Источник
