2. Радиация и жизнь

8 фактов о радиации, которые не помешает знать

2. Радиация и жизнь
Недавно из Страны восходящего солнца на крыльях радиационного облака прилетела страшная новость: на Фукусиме новая утечка, которую даже роботами не залатать. Через два часа они выходят из строя, что уж говорить про людей.

После таких заявлений хочется надеть на себя цинковый костюм и уехать куда-нибудь, где нет радиации. Но она есть везде — так уж устроен космос, человек тут совсем не при чем.

Мы знаем про радиацию очень много: знаем, что она вызывает мутации, убивает, и на этом, в общем-то, наши познания заканчиваются. Но чем больше про нее узнаешь, тем спокойнее живешь.

Культура и Чернобыль научили нас паниковать при одном лишь упоминании слова «радиация». Но это всё равно что бояться своей кожи или жидкостей, поскольку радиация окружает нас повсюду. Она среди нас, она от нас неотделима. Каждый день ты контактируешь с радиоактивным, и дело вовсе не в АЭС, атомных подводных лодках и современных гаджетах.

Мы просто живем в радиоактивной среде. 85% ежегодной дозы облучения — это так называемая природная радиация. Часть ее формируется из-за космического излучения. Но на протяжении всей истории не было идиотов, ходящих со свинцовыми зонтиками, зато есть люди, которые живут больше ста лет и не болеют.

Если уж на то пошло, то самый сильный в истории выброс радиации произошел в 2004 году, и ни Чернобыль, ни Фукусима здесь не при чем. Виновата нейтронная звезда, находящаяся в 50 тысячах световых лет от нашей планеты.
Да что там, в ближайшие несколько тысяч лет система двойной звезды WR 104 должна превратиться в сверхновую.

Этот выброс радиации может вызвать на Земле массовое вымирание, а может и не вызвать. В любом случае, бояться нужно именно таких доз.

2. Радиация — жизнь?

Научные факты говорят о том, что чем выше в гору, тем большему космическому излучению подвергается организм. То есть мы получаем меньше защиты от вредного излучения, когда поднимаемся всё дальше от земли.

Казалось бы, всё очень плохо, но несмотря на высокий уровень излучения, наука выявила одну интересную особенность: у жителей горных местностей продолжительность жизни гораздо выше.

В чем причина — сказать сложно, может быть, радиация является причиной их отменного здоровья. Четкого ответа, увы, нет. Зато недавно был обнаружен еще один плюс в копилку радиации.

Оказывается, радиоактивный йод способен обнаружить и уничтожить в организме клетки больной щитовидной железы, даже если они успели поразить другие органы. То есть в перспективе радиацию можно использовать в лечении ненавистного рака.

3. Не всё так хорошо

Впрочем, не всё так гладко. На заре эпохи радиации ее использовали и в хвост, и в гриву, даже в медицине.

Например, один врач-шарлатан продавал облученную радием воду, которая рекламировалась как лекарство от артрита, ревматизма, психических заболеваний, рака желудка и импотенции.

В итоге сам создатель пострадал от своего детища: от радиевой воды челюсть и зубы горе-бизнесмена буквально распадались на части.

Кроме того, радиация способна сделать мужика стерильным, словно Ведьмака. Разные органы человека реагируют на радиоактивное излучение по-разному. Но, как оказалось, наиболее уязвимы половые клетки – яйцеклетки и сперматозоиды.

Перед тем, как отправить своих космонавтов на Луну, американские ученые протестировали чудесное воздействие радиации на 63 заключенных.

Кому-то повезло больше, и они просто стали стерильными импотентами, а у кого-то болезни оказались серьезнее, с летальным исходом

.

4. Твой дом — твой источник

Самую большую дозу радиации ты получаешь прямо сейчас, сидя у себя дома, поскольку цемент, песок и щебень содержат природные радионуклиды.

Поэтому эти строительные материалы законодательством разделяются по классам в зависимости от их «радиоактивности».

Перед сдачей дома в эксплуатацию проводится проверка, чтобы выяснить, действительно ли безопасные материалы использовались при его строительстве. Но насколько она тщательная и неподкупная — сказать сложно.

5. Не все проблемы от АЭС

Так что для тесного контакта с радиацией совсем не обязательно идти работать на АЭС или выходить в космос без скафандра. Достаточно просто пойти работать в гражданскую авиацию и получить приличную дозу излучения.

Поэтому они официально классифицируются как «работающие в условиях радиации» — как никак, близость к космосу дает о себе знать. То есть летая под куполом небесным, мы получаем фоновую дозу, превышающую суточную в 4 раза.

Это даже больше, чем после рентгена груди, хотя многие относятся к этой процедуре как к своеобразному самоубийству.

И коль уж речь зашла о профессиях, люди, живущие рядом с угольными электростанциями, получают большую дозу излучения, чем те, кто живет рядом с АЭС. Просто в угле очень много радиоактивных изотопов, как, собственно, и в сигаретном дыме.

6. Опасный камень

Но если бы радиация была так опасна, то, наверное, каждый, кто поднимается по гранитным ступеням, спускается в московское метро или идет по гранитной питерской набережной, умирал от лучевой болезни, поскольку уровень радиации в этом камне превышает даже нормы, допустимые на атомных электростанциях. Но пока что ни у кого не выжигались глаза, не выпадали волосы и не отходила пластами слизистая.

7. Радиоактивная пища

Бразильский орех является не только одним из самых дорогих, но и одним из самых радиоактивных продуктов в мире. Специалисты выяснили, что после приема в пищу даже незначительной порции бразильского ореха, моча и кал человека становятся чрезвычайно радиоактивными.

А всё от того, что корни у орешка уходят так глубоко в землю, что поглощают огромное количество радия, являющегося природным источником излучения.

Не лучше орехов и бананы. Они также производят большое количество излучения с той лишь разницей, что в бананах радиоактивность присутствует в их генетическом коде изначально.

Но не стоит паниковать, надевать на себя комбинезон и идти закапывать его куда подальше. Чтобы у тебя возникли хотя бы малейшие симптомы лучевой болезни, нужно сожрать как минимум 5 миллионов плодов.

Так что не нужно поддаваться панике, когда кто-то в очередной раз говорит, что горсть урана почти так же радиоактивна, как 10 бананов.

8. Это не заразно

В результате всего возникает резонный вопрос: а можно ли вообще контактировать с облученными людьми? Мало ли, как жизнь сложится, вдруг еще одна АЭС накроется медным тазом.

Вопреки мнению многих, радиация не заразна. С больными, страдающими лучевой болезнью и другими заболеваниями, вызванными воздействием радиации, можно общаться открыто, без средств индивидуальной защиты. То есть сам человек, подвергшийся действию радиации, не становится автоматическим излучателем радиоактивных веществ.

А вот его одежда, испачканная радиоактивными материалами (жидкостью, пылью), создает некоторую опасность для других. Источником радиации можно назвать только больного, в организме которого находятся введенные медиками радиоактивные препараты. Но они быстро распадаются, поэтому серьезной опасности в этом случае нет.

Источник: https://BroDude.ru/8-faktov-o-radiacii/

Чем опасна радиация?

2. Радиация и жизнь

На самом деле, радиация окружает нас постоянно и повсюду: её испускает космос, солнце, гаджеты. Даже банан испускает небольшую дозу радиации (за счет атомов калия), но боятся такой радиации не стоит, в общем и целом – она безопасна.

Опасаться нужно ионизирующей радиации, потому что оно повреждает ткани и органы. По сути, ионизирующая радиация это энергия, которая высвобождается из атомов при их разрушении. Она состоит из электромагнитных волн (гамма-излучение) и кусочков разрушенного атома и электронов (альфа и бета-излучение). Эта энергия способна проходить сквозь всё на своём пути.

Вернее так: альфа-излучение может остановить кожа (ценой своей целостности), и бета – кусок металла, а вот гамма проходит практически через всё. Только толстый кусок свинца может оградить от его воздействия.

Когда радиоактивное излучение проходит через живые организмы, то врезается в атомы, из которых состоят клетки, повреждая их. После такой “бомбардировки” больше всего страдает ДНК, которая необходима для деления клеток.

Поврежденные гены восстанавливаются без критических ошибок далеко не всегда, что в итоге может привести к раку. Если же облучение слишком мощное, то оно просто уничтожает клетки на молекулярном уровне.

Проявляется это развитием лучевой болезни.

Лучевая болезнь (ЛБ)

Или острый радиационный синдром – это поражение органов и тканей вызванное воздействием больших доз радиации за короткий период времени.

Болезнь часто заканчивается летальным исходом, потому что если она развивается, это значит что организм получил очень большую дозу радиации. Истории известно 2 вспышки данной болезни: после атомной бомбардировки Японии в 1945 году, и после взрыва ядерного реактора в Чернобыле, в 1986 году.

Для того, чтобы ЛБ развилась, нужно облучение дозой более 1 Грей (единица поглощённой дозы ионизирующего излучения в Международной системе единиц (СИ). Что эквивалентно 125 рентгеновским снимкам, сделанных одномоментно.

Больше всего при таком облучении страдает костный мозг, который теряет способность создавать новые клетки крови. Без белых кровяных клеток (лейкоцитов) мы становимся беззащитны перед инфекциями, снижение эритроцитов ведет к анемии и гипоксии тканей, а без тромбоцитов развиваются кровотечения. При таком сильном повреждении костного мозга может помочь его трансплантация.

Доза выше 10 Грей(1250 рентгенов за раз) считается смертельной. При этом отказывает желудочно-кишечный тракт. Пострадавший теряет возможность переваривать и всасывать питательные вещества, что неминуемо заканчивается гибелью.

Выше 20 Грей– врачи сами не знают что будет, но предполагают, что нервная и сердечно-сосудистая системы начнут расплавляться.

От дозы радиации и времени, за которое она получена, зависит как будет протекать болезнь, симптомы и прогноз. Чем больше и быстрее – тем хуже. В первую очередь страдают те системы, которые наиболее чувствительны к воздействию облучения. У человека это желудочно-кишечный тракт и костный мозг.

Симптомы:

– Тошнота и рвота (возникают самыми первыми)

– Диарея

– Головная боль

– Лихорадка

– Головокружение, нарушение координации движений, слабость

– Поражение кожных покровов.

– Потеря волос

– Низкое артериальное давление

– Рвота и стул с примесями крови.

Чем быстрее появляются симптомы, тем большую дозу получил пострадавший.

Протекает болезнь в 4 этапа: сначала недомогание, тошнота, рвота, слабость, недомогание (продромальный период). Затем латентная фаза (она также называется фазой мнимого благополучия или фаза ходячего трупа), длится от нескольких дней, до недели. В этот период человек чувствует себя вроде бы неплохо, но это обманчивое ощущение.

По сути, помимо непосредственного повреждения, радиация останавливает производство новых клетках.

Клетки крови, кишечника, желудка, иммунной системы, кожи нуждаются в постоянном обновлении, которое невозможно из-за поврежденного ДНК.

Какое-то время ресурсов старых клеток ещё хватает, для поддержание жизнедеятельности организма. Но вскоре старые клетки погибают и им требуется замена, которую неоткуда взять. В этот момент наступает фаза разгара.

Тут ЛБ проявляет себя во всей “красе”. У человека постепенно отказывают органы, начинается отхождение клеток кишечника в виде кровавого поноса, нарушается сознание, происходит некроз кожных покровов.

Всё это приводит к сильнейшему болевому синдрому. Причём из-за нарушения в работе вообще всех система – перестают действовать обезболивающие.

Если доза облучения была смертельной (от 10 и выше), то смерть будет мучительной и неминуемой.

Кстати, все эти стадии болезни можно наблюдать в фильме Чернобыль, на примере пожарника Игнатенко. В начале фильма он тушил пожар и ему стало плохо, его на носилках транспортировали в Москву. Там его навещала жена и нам показали, что выглядел он более-менее нормально, даже в карты играл (это и была латентная фаза). Но затем ему стало плохо (фаза разгара).

И наконец, если человек переживает 2 и 3-ю стадии, начинается фаза восстановления. После ЛБ риск развития рака конечно же будет выше, чем до неё.

Что делать?

Всё просто – держаться подальше от мест, где высокий радиационный фон. Не брать никакие вещи или пищу, которые были облучены, так как они сами становятся источником радиации. Если покушать зараженной пищи, то альфа и бета-излучение будут бомбардировать органы и ткани внутри вас. Гамма-излучению в целом не важно, она и так пронизывает плоть как раскалённый нож сливочное масло.

Как лечить?

Да никак. Препарата, который бы нивелировал радиацию нет. Восстановить поврежденные молекулы организм должен сам. Врачи могут ему только помочь, не допуская развитие инфекции, восстанавливая водно-солевой баланс.

Также можно давать препараты, стимулирующие работу костного мозга (например, Филграстим – стимулятор гемопоэза), защищающие щитовидную железу (Йодид калия), и ускоряющие выведение радиоактивных частиц из организма (Ферроцин, ДТПА — диэтилентриаминпентауксусная кислота).

Но если доза слишком большая, то ничего из этого не поможет.

Берегите себя.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a37cf46a815f1e851bfedfa/5cfa645d95ea7300af21ba85

Памятка начинающему радиофобу или как правильно бояться радиации

2. Радиация и жизнь

Радиация. Я лично знаю людей, которых это слово повергает в ужас. Смертельно-опасное явление, от которого нет ни спасения, ни защиты. Есть даже комплекс трудно поддающихся лечению психических расстройств под общим названием «радиофобия».

Бояться радиации люди стали не сразу с её открытием, а во многом, благодаря информационным кампаниям времён холодной войны.

Авария на Чернобыльской АЭС добавила ужаса, и теперь находятся люди, всерьёз опасающиеся даже WiFi роутеров, параболических антенн (даже принимающих!) и вообще всего, у чего наблюдается антенна.

Есть и проверенное средство защиты — шапочка из фольги, которая, вопреки расхожему мнению, может быть даже стильной. Впрочем, защитные свойства подобного головного убора сильно преувеличены.

Что же, радиация — одна из тех вещей, которая может вас убить (как и яд, огонь, взрывчатка, пуля, молния и электричество), и к ней надо относиться серьёзно, однако, точно так же, а, может быть, даже скорее, людей убивает их невежество и страхи.

Сегодня я хочу в деталях поговорить об этом явлении, которое точнее называть ионизирующим излучением. Оно называется ионизирующем, как нетрудно догадаться, потому что может являться причиной ионизации атомов вещества — потерей атомами своих электронов.

Явление радиоактивности случайно открыл француз Антуан Анри Беккерель. Подробности открытия можно найти в интернете, однако, «случайность» здесь — немного неуместное слово.

После открытия Рентгеном своих Х-лучей, открытие радиоактивности в природных веществах было лишь вопросом времени.

Важным для нас является более позднее исследование нового вида лучей, а именно — разделение их на три вида в электрическом поле:

Поскольку в тот момент никто понятия не имел, с чем имеет дело, разным типам излучения дали просто названия по буквам греческого алфавита: положительно-заряженным лучам, которые притягивались к отрицательно-заряженной пластине дали название «альфа», отрицательно-заряженным – «бета», а нейтральным (которые не отклонялись — «гамма»).Есть и другие виды радиации, но к ним мы вернёмся чуть позже, а пока разберём по порядку эти:

Альфа-излучение — поток «альфа частиц», которые по сути являются ядрами гелия-4 и состоят из 2 протонов и двух нейтронов.

Альфа-частица — это сравнительно тяжёлая и сравнительно медленно-движущаяся частица, которая испускается в процессе так называемого «альфа-распада», когда тяжёлое атомное ядро может спонтанно «отпустить» погулять на волю 2 протона, «сцепленные» с двумя нейтронами.

При этом массовое число ядра, внезапно закономерно, уменьшается на 4, а атомный номер — на 2. Альфа-распад свойственен почти всем тяжёлым элементам.

Чтобы вырваться из цепких лапок сильного ядерного взаимодействия, альфа-частица должна «телепортироваться» (совершить туннельный переход) за пределы его действия — процесс этот абсолютно спонтанный и непредсказуемый, так что предсказать точно, когда именно произойдёт альфа-распад, мы не можем, однако, он обязательно произойдёт.Что радиофобу необходимо знать об альфа-излучении — во-первых, встретиться с ним хоть в сколько-нибудь значимых количествах довольно сложно (если вы не работаете, разумеется, с большим количеством радия, тория, урана или плутония). Ещё вам нужно знать, что в силу того, что альфа-частицы движутся относительно медленно и имеют относительно крупный размер, они задерживаются практически любой преградой (даже простой лист бумаги на пути потока альфа-частиц полностью его остановит).

Неприятной новостью является то, что по степени биологической опасности, альфа-излучение в силу тех же причин оказывает наиболее разрушительное воздействие на клетки живого организма.

Особенную опасность они будут предоставлять, если вы вдруг вдохнёте пыль, излучающую альфа-частицы, поэтому я настоятельно рекомендую носить респиратор в местах, где подобная пыль хотя бы теоретически может содержаться, и никогда не пить чай с полонием!

Бета-частицы на поверку оказались старыми добрыми электронами, которые образуются в процессе который ВНЕЗАПНО называется «бета-распад». За него у нас отвечает слабое фундаментальное взаимодействие.

Представьте себе, одному нейтрону в ядре атома наскучило быть нейтроном.

Тогда он превращается в протон, а отрицательный электрический заряд уносится вместе с родившимся в процессе электроном (ещё рождается анти-нейтрино, но оно нам абсолютно не опасно, так как практически никак не взаимодействует с веществом).

Где можно встретить бета-лучи? В природе в чистом виде — практически нигде (разве что внутри старого кинескопа), однако, там, где есть радиоактивные материалы, они будут испускаться наравне с альфа-частицами. Есть, впрочем, такие элементы как прометий, криптон и стронций, которые можно назвать более активными излучателями бета-частиц.

Что о бета-излучении надо знать радиофобу — то, что их свободный пробег в воздухе весьма ограничен. Он, конечно, зависит от скорости, которая колеблется от 0,3 до почти скорости света, но дело в том, что преодолеть в свободном полёте электрон сможет лишь метра два, никак не больше.

А внутрь организма человека он сможет проникнуть не дальше, чем на 2,5 см. Опять, таки, если не есть, не пить и не дышать ничем радиоактивным, бета-лучи нам «подарят» всего лишь ожоги разной степени тяжести.

Берегите глаза! Защитой может служить лист алюминия или даже плексигласа, но в целом, бета лучи являются самым безобидным видом ионизирующего излучения.

Следующим, и, наверное, самым гадким из видов излучения, является не «гамма», как можно было ожидать, а нейтронное излучение. Как следует из названия, данный вид излучения представляет собой поток нейтронов. Почему она самая гадкая? Потому что, от неё очень сложно защититься. Нейтрон не имеет электрического заряда, поэтому имеет очень высокую проникающую способность.

К счастью, в природе данный вид излучения встречается редко, однако мы, люди, научились производить их в достаточном количестве. Дело в том, что вылетом нейтрона сопровождается практически любая ядерная или термоядерная реакция.

Противного в нейтронном излучении является несколько факторов: против человеческой интуиции, менее плотные вещества гораздо лучше задерживают нейтроны, чем более плотные — так слой обыкновенной воды защитит вас от потока нейтронов лучше, чем слой свинца такой же толщины. Для защиты от потока нейтронов используют вещества, которые склонны хорошо их поглощать.

Чем медленнее движется нейтрон, тем больше вероятность его поглощения, поэтому, если мы имеем дело с быстрым нейтроном, его для начала лучше замедлить. Быстрые нейтроны плохо поглощаются любыми ядрами, поэтому для защиты от нейтронного излучения применяют комбинацию замедлитель-поглотитель. Наилучшие замедлители — водородсодержащие материалы.

Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Также в качестве замедлителей применяют бериллий и графит. Замедленные нейтроны хорошо поглощается ядрами бора, кадмия.

Но на этом прелести нейтронного излучения не заканчиваются. Представьте, что происходит с ядром стабильного атома, в который врезается нейтрон.

Почти всегда, вне зависимости от того, как именно был захвачен нейтрон, ядро становится нестабильным (т. е. — радиоактивным).

Такой изотоп может «фонить» ещё годы, если не десятилетия, даже после того, как само нейтронное излучение прекратилось. Данный феномен называется «наведённая радиоактивность».

Нейтроны загрязняют материалы, из которых сделаны ядерные реакторы, ещё больше загрязнение будет в термоядерных установках (практически любая реакция синтеза выделяет нейтрон — потому-то и говорят много о гелии-3, которого много на Луне и мало на Земле, если его использовать как термоядерное топливо, то выход нейтронов из этой реакции будет минимальным).

При строительстве реакторов стараются избегать использования таких материалов, как, например, никель, серебро, молибден или висмут — они при облучении нейтронами дают изотопы с периодом полураспадада, исчисляющиеся тысячами лет.

В то же время, такие материалы, как титан, вольфрам, марганец или хром — наоборот, дают изотопы, которые потеряют активность уже через несколько десятков лет (успокаивает, не правда ли?).

Поскольку поглощение нейтронного излучения сопровождается гамма-излучением, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь — вода и т. д.

Гамма-излучение — то же электромагнитное излучение, что и видимый свет, только с намного меньшей длиной волны и, соответственно, — большей частоты. Малая длина волны обеспечивает отличную проницаемость сквозь практически любой материал.

В природе мы получаем гамма-кванты из тех же источников, что и в случае с альфа- и бета- излучением, то есть — в качестве продукта радиоактивного распада. После эмиссии альфа- или бета- частицы, ядро может находиться в возбуждённом состоянии.

При переходе электронов в ядре в более низкое энергетическое состояние, они избавляются от избытка энергии, испуская фотон, обычно в гамма-диапазоне. Гамма-излучение так же сопровождает почти любую ядерную или термоядерную реакцию.

Чем опасно — если не попадать под него напрямую, то ничем. Разве что может нагреть материалы, которые были у него на пути. Если же подставиться под пучок гамма-квантов, то можно получить загар.

Причём, так как ни кожа, ни мышцы гамма-излучение не останавливают, то загар внутренних органов, которые для этого не совсем приспособлены.

Как защититься? Толстым слоем свинца, бетона, хоть обеднённого урана — в целом, принцип такой — чем плотнее вещество, тем лучше.

1 см свинца здесь будет эквивалентен 4 см гранита, 6 см бетона или 9 см грунта.

Гамма-излучение — один из первых претендентов на уничтожение всего живого на нашей планете. Нет, люди со своими ядерными петардами здесь вовсе ни при чём.

В космосе то и дело (наши спутники фиксируют их с частотой около 1 раза в сутки) происходят титанические выбросы гамма-излучения, природа которых не до конца ясна. Нам пока везет, что подобные события происходят довольно далеко от нас и пик интенсивности не направлен на нашу планету.

Однако, если подобное событие произойдёт где-нибудь поблизости (в пределах 10 световых лет, например), энергия будет эквивалентна взрыву 100 ядерных бомб на каждом квадратном километре земной поверхности, даже если это произойдёт на расстоянии в 100 раз больше, то это будет равносильно взрыву 1 бомбы на квадрат со стороной 10 км. Успокаивает одно — мы вряд ли успеем что-нибудь увидеть или почувствовать, случись вдруг такое.

Дозы

Учёные придумали большое количество единиц измерения радиоактивности. Я перечислю только часть из них: рентген, рад, грэй, кюри, беккерель и даже такие экзотические, как «банановый эквивалент».

В той или иной степени они отвечали потребностям учёных, однако они не являются универсальными, а главное — плохо информируют о степени биологического вреда, который может причинить то или иное излучение.

В системе Си для этих целей имеется своя единица, определённая, как 1 джоуль полученной с излучением энергии, на 1 килограмм биологической ткани. Данная единица получила название в честь шведа Рольфа Зиверта.

Но не всё с Зивертом так просто, как может показаться. Раньше (а иногда и сейчас) использовалась единица бэр (биологический эквивалент рентгена), англ. rem (roentgen equivalent man) — устаревшая внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. 100 бэр равны 1 зиверту.

Также верно, что 100 рентген = 1 зиверт с оговоркой, что рассматривается биологическое действие рентгеновского излучения (или другого фотонного излучения, например, гамма-к=излучения).Что здесь надо знать — что дозы бывают разными:

Поглощённая доза — тупо характеризует, сколько джоулей энергии было передано излучением веществу (любому).

Её можно измерить объективно, измеряется в джоулях на килограмм и имеет название грей.

Эквивалентная доза. Не все излучения одинаково полезны. По воздействию на человеческий организм, равная поглощённая доза разных видов излучения наносит разный вред живым тканям.

Для учёта данного вреда выражает биологический эффект облучения живого организма.

Считается так же, как и поглощённая доза, однако потом домножается на специальный коэффициент (коэффициент качества, Q factor) самого излучения:

Здесь стоит обратить внимание на нейтроны. Может показаться, что чем больше энергия нейтронов, тем они будут вреднее, однако, это не совсем так.

Наиболее вредными являются нейтроны с энергией около 1 МэВ, более быстрые нейтроны имеют тенденцию пролетать вас насквозь, причиняя меньше вреда.

Эквивалентная доза выражается уже в зивертах, однако, и она не позволяет достоверно оценить степень вреда, наносимого радиацией, так как не учитывает разную восприимчивость тканей действию ионизирующего излучения, поэтому ещё говорят об эффективной дозе.

Эффективная доза (или эффективная эквивалентная доза). Та же эквивалентная доза, но с учётом радиочувствительности разных тканей организма, иными словами — мера риска возникновения отдаленных последствий облучения.

Эффективная доза рассчитывается как сумма эквивалентных доз по всем органам и тканям, умноженных на взвешивающие коэффициенты для этих органов, и отражает суммарный эффект облучения для организма.

Коэффициенты выведены медиками с использованием статистики заболеваемости онкологическими заболеваниями в зависимости от полученной эквивалентной дозы (по версии 2007 года). Ранее использовалась статистика смертности и коэффициенты были несколько другие. Точные значения можно почерпнуть здесь.

Теперь, подкованные этим знанием, можно оценить дозы радиации не количественно, что скучно и не наглядно, а качественно — в сравнении друг с другом (да, эта картинка уже много раз публиковалась, но уж больно она хороша):

Собственно, весь этот раздел можно уместить в одной картинке. Что тут можно сказать — мы живём в радиоактивном мире, в котором излучает практически всё. Даже ваше собственное тело является источником радиоактивного излучения, и если вы спите рядом с кем-то, то нахватаетесь дозы и от соседа по койке. Бананы — и те содержат радиоактивный Калий-40.

Измерение

На заре исследования радиоактивности для измерения уровня радиации использовали фотоплёнки — чем сильнее она засвечена, тем, соответственно, сильнее излучение.

В настоящее время самым распространённым детектором ионизирующего излучения является счётчик Гейгера (точнее Гейгера-Мюллера).

Его принцип действия до безобразия прост и использует тот факт, что излучение является ионизирующим. Внутри металлического полого цилиндра расположен металлический стержень, которые разъединены непроводящим электрический ток газом.

На цилиндр и на стержень подаётся напряжение очень близкое к тому, чтобы пробить разрядом зазор между ними. По сути — это конденсатор.

Если в цилиндр ударяет гамма-квант, то атом стенки ионизируется и испускает внутрь цилиндра электрон, который и инициирует пробой, который и создаёт характерный щелчок в динамике, подключённому в цепь. Чем больше в единицу времени прилетает гамма-квантов, тем интенсивнее треск.

Минус данного устройства в том, что он очень плохо регистрирует (вернее, совсем не регистрирует) нейтроны и альфа-частицы.Есть и более совершенные, более чувствительные приборы, однако они более дорогостоящи, более громоздки и практически недоступны для доморощенного радиофоба.

Счётчик Гейгера является детектором излучения, не стоит путать его с дозиметром — более сложным прибором, который может иметь несколько детекторов разного типа. Такие приборы, как следует из названия, призваны измерять именно дозу полученной радиации согласно последним инструкциям ВЦСПС Международная комиссия по радиологической защите.

Накопленная доза и вред

Все эти детали запоминать радиофобу-параноику особо не нужно. Важно понимать смысл накопленной дозы. Если вы один час находитесь рядом с источником излучения 100 миллирентген в час, вы получите дозу в 100 миллирентген. И это будет равносильно вашему нахождению рядом с источником в 10 рентген в час, при условии, что возле него вы проведёте 36 секунд.

Иными словами, важна не только мощность излучения, но и время, в течение которого вы ему подвергались — гораздо лучше получить 100 рентген за 20 лет, чем те же 100 рентген за минуту.

Если кто-то продолжает думать, что радиация сможет породить Годзиллу или, что укус радиоактивного паука дарует вам сверхспособности, но я поспешу их разочаровать — ничего такого не произойдёт.Радиация может наносить два вида повреждений клеткам — прямой и косвенный, причём косвенный может быть гораздо хуже прямого.

Прямой вред выражается в том, что если в живую клетку врезается снаряд в виде частицы с высокой кинетической энергией, то клетка имеет все шансы просто умереть. Особенно это характерно для тяжёлых альфа-частиц. Ожоги, некроз тканей — результат прямого действия ионизирующего излучения.

Но вред от радиации не был бы настолько тяжёлым, если бы это была вся проблема (в конце-концов, от обыкновенной пули человек тоже может умереть).Гораздо хуже, если клетка выживает, но от воздействия ионизирующего излучения, её ДНК видоизменяется.

Механизм простой — либо удар просто разрывает молекулу ДНК, либо удар приходится на какую-нибудь молекулу возле ДНК (например — воды), она разваливается, а образовавшийся свободный радикал занимает место в цепочке.

Чем чаще делятся клетки ткани, тем более вредна для них радиация, таким образом, половые клетки, клетки костного мозга, эпителий кишечника и стенок сосудов, лёгкие и кожа наиболее уязвимы.Повреждённая ДНК либо не сможет обеспечить нормальный процесс деления клетки и тогда клетка умрёт, «не дав потомства», то есть клетки умирают в нормальном темпе, но не делятся. Может быть и хуже — клетка разделится, но уже с мутацией и будет продолжать делиться, что со временем может перерасти в раковую опухоль (это не обязательно, но риск возрастает на порядки).

Где найти радиацию?

Как ни странно — практически везде. Более того, именно природному радиоактивному фону мы должны быть благодарны за эволюцию и, в конечном счёте, — за наше существование.

Простому обывателю весьма сложно схватить действительно большую дозу радиации, даже если он забредёт в зоны отчуждения в Припяти или Фукусиме (что, впрочем, не означает, что для дурака это невозможно). По большому счёту, даже если вы и окажетесь рядом с радиоактивными объектами, маловероятно, что вы успеете получить хоть сколько-нибудь значимую дозу.

Радиация ничуть не более опасна, чем ядовитые вещества, огонь, взрывчатка или глупость человеческая. Кто знает, может быть именно это знание сможет как-нибудь сохранить вам жизнь и здоровье.

Радиация Ионизирующее излучение Длиннопост

Источник: https://pikabu.ru/story/pamyatka_nachinayushchemu_radiofobu_ili_kak_pravilno_boyatsya_radiatsii_6532347

2. Радиация и жизнь

2. Радиация и жизнь

Радиоактивность – отнюдь не новоеявление; новизна состоит лишь в том, каклюди пытались ее использовать. Ирадиоактивность, и сопутствующие ейионизирующие излучения существовалина Земле задолго до зарождения на нейжизни и присутствовали в космосе довозникновения самой Земли.

Ионизирующее излучение сопровождалои Большой взрыв, с которого, как мы сейчасполагаем, началось существование нашейВселенной около 20 миллиардов лет назад.С того времени радиация постояннонаполняет космическое пространство.

Радиоактивные материалы вошли в составЗемли с самого ее рождения. Даже человекслегка радиоактивен, так как во всякойживой ткани присутствуют в следовыхколичествах радиоактивные вещества.

Но с момента открытия этого универсальногофундаментального явления не прошло ещеи ста лет.

В 1896 году французский ученый АнриБеккерель положил несколько фотографическихпластинок в ящик стола, придавив ихкусками какого-то минерала, содержащегоуран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на нихследы каких-то излучений, которые онприписал урану.

Вскоре этим явлениемзаинтересовалась Мария Кюри, молодойхимик, полька по происхождению, котораяи ввела в обиход слово «радиоактивность».В 1898 году она и ее муж Пьер Кюри обнаружили,что уран после излучения таинственнымобразом превращается в другие химическиеэлементы.

Один из этих элементов супругиназвали полонием в память о родине МарииКюри, а еще один – радием, посколькупо-латыни это слово означает «испускающийлучи».

И открытие Беккереля, и исследованиясупругов Кюри были подготовлены болееранним, очень важным событием в научноммире – открытием в 1895 году рентгеновскихлучей; эти лучи были названы так по имениоткрывшего их (тоже, в общем, случайно)немецкого физика Вильгельма Рентгена.

Беккерель один из первых столкнулся ссамым неприятным свойством радиоактивногоизлучения: речь идет о его воздействиина ткани живого организма. Беккерельположил пробирку с радием в карман иполучил в результате ожог кожи.

МарияКюри умерла, по всей видимости, от одногоиз злокачественных заболеваний крови,поскольку слишком часто подвергаласьвоздействию радиоактивного излучения.

По крайней мере 336 человек, работавшихс радиоактивными материалами в то время,умерли в результате облучения.

Несмотря на это, небольшая группаталантливых и большей частью молодыхученых направила свои усилия на разгадкуодной из самых волнующих загадок всехвремен, стремясь проникнуть в самыесокровенные тайны материи. К сожалению,результатам их поисков суждено было,воплотиться в атомную бомбу в 1945 году.

Взрывы этих бомб в конце второй мировойвойны привели к колоссальным человеческимжертвам.

Но практическим воплощениемих поисков явилось также создание в1956 году первой промышленной атомнойэлектростанции в Колдер Холле(Великобритания) [Первая в мире атомнаяэлектростанция была пущена в СоветскомСоюзе в июне 1954 года. – Прим. ред.

].Следует добавить, что буквально с моментаоткрытия рентгеновских лучей они сталиприменяться в медицине, и сфера ихиспользования все расширяется.

Главным объектом исследования ученыхбыл сам атом, вернее – его строение. Мызнаем теперь, что атом похож на Солнечнуюсистему в миниатюре: вокруг крошечногоядра движутся по орбитам «планеты»-электроны.

Размеры ядра в сто тысяч раз меньшеразмеров самого атома, но плотность егоочень велика, поскольку масса ядра почтиравна массе всего атома.

Ядро, какправило, состоит из нескольких болеемелких частиц, которые плотно сцепленыдруг с другом (рис. 2.1).

Некоторые из этих частиц имеютположительный заряд и называютсяпротонами.

Число протонов в ядре иопределяет, к какому химическому элементуотносится данный атом: ядро атомаводорода содержит всего один протон,атома кислорода-8, урана-92.

В каждом атомечисло электронов в точности равно числупротонов в ядре; каждый электрон несетотрицательный заряд, равный по абсолютнойвеличине заряду протона, так что в целоматом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют ичастицы другого типа, называемыенейтронами, поскольку они электрическинейтральны. Ядра атомов одного и тогоже элемента всегда содержат одно и тоже число протонов, но число нейтроновв них может быть разным.

Атомы, имеющиеядра с одинаковым числом протонов, норазличающиеся по числу нейтронов,относятся к разным разновидностямодного и того же химического элемента,называемым изотопами данного элемента.Чтобы отличить их друг от друга, к символуэлемента приписывают число, равноесумме всех частиц в ядре данного изотопа.

Так, уран-238 содержит 92 протона и 146нейтронов; в уране-235 тоже 92 протона, но143 нейтрона. Ядра всех изотопов химическихэлементов образуют группу «нуклидов».

Н

Распад урана-238.

екоторые нуклиды стабильны, т. е. вотсутствие внешнего воздействия никогдане претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны,они все время превращаются в другиенуклиды. В качестве примера возьмемхотя бы атом урана-238, в ядре которогопротоны и нейтроны едва удерживаютсявместе силами сцепления. Время от временииз него вырывается компактная группаиз четырех частиц: двух протонов и двухнейтронов (α‑частица).

Уран-238превращается, таким образом, в торий-234,в ядре которого содержатся 90 протонови 144 нейтрона. Но торий-234 также нестабилен.Его превращение происходит, однако, нетак, как в предыдущем случае: один изего нейтронов превращается в протон, иторий-234 превращается в протактиний-234,в ядре которого содержатся 91 протон и143 нейтрона.

Эта метаморфоза, произошедшаяв ядре, сказывается и на движущихся посвоим орбитам электронах: один из нихстановится неспаренным и вылетает изатома. Протактиний очень нестабилен, иему требуется совсем немного временина превращение… Далее следуют иныепревращения, сопровождаемые излучениями,и вся эта цепочка в конце концовоканчивается стабильным нуклидом свинца(см. рис. 2.3).

Разумеется, существует многотаких цепочек самопроизвольныхпревращений (распадов) разных нуклидовпо разным схемам превращений и ихкомбинациям.

При каждом таком акте распада высвобождаетсяэнергия, которая и передается дальше ввиде излучения. Можно сказать (хотя этои не совсем строго), что испускание ядромчастицы, состоящей из двух протонов идвух нейтронов, – это альфа-излучение;испускание электрона, как в случаераспада тория-234,-это бета-излучение.

Часто нестабильный нуклид оказываетсянастолько возбужденным, что испусканиечастицы не приводит к полному снятиювозбуждения; тогда он выбрасывает порциючистой энергии, называемую гамма-излучением(гамма-квантом).

Как и в случае рентгеновскихлучей (во многом подобных гамма-излучению),при этом не происходит испусканиякаких-либо частиц.

Весь процесс самопроизвольного распаданестабильного нуклида называетсярадиоактивным распадом, а сам такойнуклид – радионуклидом. Но хотя всерадионуклиды нестабильны, одни из нихболее нестабильны, чем другие. Например,протактиний-234 распадается почтимоментально, а уран-238 – очень медленно.

Половина всех атомов протактиния вкаком-либо радиоактивном источникераспадается за время, чуть большееминуты, в то же время половина всехатомов урана-238 превратится в торий-234за четыре с половиной миллиарда лет.Время, за которое распадается в среднемполовина всех радионуклидов данноготипа в любом радиоактивном источнике,называется периодом полураспадасоответствующего изотопа.

Этот процесспродолжается непрерывно За время, равноеодному периоду полураспада, останутсянеизменными каждые 50 атомов из 100, заследующий аналогичный промежутоквремени 25 из них распадутся, и так далеепо экспоненциальному закону. Числораспадов в секунду в радиоактивномобразце называется его активностью.

Единицу измерения активности (в системеСИ) назвали беккерелем (Бк) в честьученого, открывшего явление радиоактивности;один беккерель равен одному распаду всекунду.

Разные виды излучений сопровождаютсявысвобождением разного количестваэнергии и обладают разной проникающейспособностью, поэтому они оказываютнеодинаковое воздействие на тканиживого организма (рис. 2.2).

Альфа-излучение,которое представляет собой поток тяжелыхчастиц, состоящих из нейтронов и протонов,задерживается, например, листом бумагии практически не способно проникнутьчерез наружный слой кожи, образованныйотмершими клетками.

Поэтому оно непредставляет опасности до тех пор, покарадиоактивные вещества, испускающиеα-частицы, не попадут внутрь организмачерез открытую рану, с пищей или свдыхаемым воздухом; тогда они становятсячрезвычайно опасными.

Бета-излучениеобладает большей проникающей способностью:оно проходит в ткани организма на глубинуодин – два сантиметра. Проникающаяспособность гамма-излучения, котороераспространяется со скоростью света,очень велика: его может задержать лишьтолстая свинцовая или бетонная плита.

Повреждений, вызванных в живом организмеизлучением, будет тем больше, чем большеэнергии оно передаст тканям; количествотакой переданной организму энергииназывается дозой (термин не слишкомудачный, поскольку первоначально онотносился к дозе лекарственногопрепарата, т.е. дозе, идущей на пользу,а не во вред организму).

Дозу излученияорганизм может получить от любого радионуклида или их смеси независимоот того, находятся ли они вне организмаили внутри его (в результате попаданияс пищей, водой или воздухом).

Дозы можнорассчитывать по-разному, с учетом того,каков размер облученного участка и гдеон расположен, один ли человек подвергсяоблучению или группа людей и в течениекакого времени это происходило.

Количество энергии излучения, поглощенноеединицей массы облучаемого тела (тканямиорганизма), называется поглощеннойдозой (рис. 2.4) и измеряется в системе СИв грэях (Гр). Но эта величина не учитываеттого, что при одинаковой поглощеннойдозе альфа-излучение гораздо опаснеебета- или гамма-излучений.

Если принять во внимание этот факт, тодозу следует умножить на коэффициент,отражающий способность излученияданного вида повреждать ткани организма:альфа-излучение считается при этом вдвадцать раз опаснее других видовизлучений. Пересчитанную таким образомдозу называют эквивалентной дозой;ее измеряют в системе СИ в единицах,называемых зивертами (Зв) (рис. 2.5).

Следует учитывать также, что одни частитела (органы, ткани) более чувствительны,чем другие: например, при одинаковойэквивалентной дозе облучения возникновениерака в легких более вероятно, чем вщитовидной железе, а облучение половыхжелез особенно опасно из-за рискагенетических повреждений.

Поэтому дозы облучения органов и тканейтакже следует учитывать с разнымикоэффициентами (рис. 2.6). Умноживэквивалентные дозы на соответствующиекоэффициенты и просуммировав по всеморганам и тканям, получим эффективнуюэквивалентную дозу, отражающуюсуммарный эффект облучения для организма;она также измеряется в зивертах.

Эти три понятия описывают толькоиндивидуально получаемые дозы.Просуммировав индивидуальные эффективныеэквивалентные дозы, полученные группойлюдей, мы придем к коллективной эффективной эквивалентной дозе, котораяизмеряется в человеко-зивертах (чел-Зв).

Следует ввести, однако, еще одноопределение, поскольку многие радионуклидыраспадаются очень медленно и останутсярадиоактивными и в отдаленном будущем.Коллективную эффективную эквивалентнуюдозу, которую получат многие поколениялюдей от какого-либо радиоактивногоисточника за все время его дальнейшегосуществования, называют ожидаемой(полной) коллективной эффективнойэквивалентной дозой.

Такая иерархия понятий на первый взглядможет показаться слишком сложной, нотем не менее она представляет собойлогически последовательную систему ипозволяет рассчитывать согласующиесяили сопоставимые друг с другом дозыоблучения. В последующих главах материалбудет излагаться так, чтобы по возможностиизбежать употребления этих терминов,однако без них иногда не удается достичьнеобходимой точности и ясности изложения.

Источник: https://studfile.net/preview/2425688/page:3/

Радиация. Дозы, эффекты, риск читать онлайн, Ю. А Банников

2. Радиация и жизнь

ISBN 5-03-001172-2 (русск.)

ISBN 92-807-1104-0 (англ.)

This booklet is largely the findings of the United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation, a subsidiary body of the United Nations General Assembly, and is edited by Geoffrey Lean. The publication does not necessarily reflect the views of the Committee, of the United Nations Environment Programm, or of the editor © UNEP 1985

United Nations Environment Programme

The Russian language edition is published in co-operation with the United Nations

Москва«Мир» 1990

Оглавление

Предисловиек русскомуизданию

Предисловие

1 Введение

2 Радиацияи жизнь

3 Естественныеисточникирадиации

4 Источники,созданныечеловеком

5 Действиерадиации начеловека

6 Понятиеприемлемогориска

Предисловиек русскомуизданию

Действие ионизирующейрадиации наживой организминтересоваломировую наукус момента открытияи первых жешагов применениярадиоактивногоизлучения.

Этонеслучайно,так как с самогоначала исследователистолкнулисьс его отрицательнымиэффектами. Так,в 1895 году помощникРентгена В.Груббе получилрадиационныйожог рук приработе с рентгеновскимилучами, а французскийученый А.

Беккерель,открывшийрадиоактивность,получил сильныйожог кожи отизлучениярадия.

Крупнейшиеспециалисты,обеспокоенныетакими эффектами,создали в конце20-х годов Международнуюкомиссию порадиационнойзащите (МКРЗ),которая разрабатывалаи разрабатываетправила работыс радиоактивнымивеществами.ИспользуярекомендацииМКРЗ, национальныеэксперты комиссиив странах сразвитой ядернойэнергетикойразрабатываютнациональныенормативы.

Всеэто достаточнохорошо описанов нашей литературе.Однако у насв стране толькоспециалистамизвестны работымеждународнойорганизации- Научного Комитетапо действиюатомной радиации(НКДАР), созданногов рамках ООНв 1955 году.

Это неслучайно, так как НКДАРотчитываетсяперед секретариатомООН и восемьобъемистыхтомов его научныхисследований,посвященныхвоздействиюпроникающейрадиации начеловека иокружающуюсреду, доступнылишь специалистам.

Предлагаемыйчитателямперевод книги«Радиация.Дозы, эффекты,риск» являетсяфактическикратким резюмеработ, проведенныхза тридцатьлет в рамкахКомитета.

Несмотряна краткостьизложения,книга знакомитчитателей сомногими интереснымии практическиважными даннымипо естественномурадиоактивному фону; в ней даетсяоценка потенциальнойопасностивоздействияатомной энергетикии предприятийядерного топливногоцикла по сравнениюс традиционнымиисточникамиэнергии; обсуждаютсяпоследствияварварскойбомбардировкив августе 1945 годаяпонских городовХиросимы иНагасаки и ряддругих вопросов.

Необходимоотметить, чтонастоящаяпубликациябыла подготовленак тридцатилетнемуюбилею НКДАР(1985 год), поэтомув ней ничегоне сказано обаварии наЧернобыльскойАЭС.

Регулярныесессии НаучногоКомитета проходятежегодно, ианализу последствийаварии на ЧАЭСбыли посвященысессии 1986 и 1987 годов,где с подробнымматериаломо ликвидациипоследствийвыступиладелегацияСоветскогоСоюза, которуювозглавлялдиректор Институтабиофизики АМНСССР академикЛ. А. Ильин.

Окончательныйдокумент, связанныйс этим событием,будет принятНКДАР несколькопозже и, можетбыть, послужитоснованиемдля изданияновой, интереснойдля широкогокрута читателейпубликации.

Для тех, ктохотел бы ознакомитьсяс дополнительнойлитературойпо рассматриваемымв книге проблемам,можно порекомендоватькнигу: БабаевН., Демин В., ИльинЛ. и др.

Ядернаяэнергетика,человек и окружающаясреда; под ред.акад. А. Александрова.-2-еизд., перераб.и доп.-М.: Энергоатомиздат,1984, брошюру Ю. В.Сивинцева«Радиация ичеловек» («Знание»,1987) и статью В. И.

Иванова «Микродозиметрия»(«Природа», №5, 1987 г.).

Д-р физ.-мат. наукН. С. Бабаев

Предисловие

Мировая общественностьстала проявлятьсерьезнуюозабоченностьпо поводу воздействияионизирующихизлучений начеловека иокружающуюсреду с начала50-х годов.

Делоне только втом, что у всехв памяти былиеще свежи ужасыбомбардировокХиросимы иНагасаки, нои в том, что врезультатеиспытанийядерного оружияв атмосфере,проводимыхтремя странами,радиоактивныйматериал сталраспространятьсяпо всему земномушару.

О действиирадиоактивныхосадков начеловека иокружающуюсреду былоизвестно в товремя оченьмало, высказывалисьлишь многочисленныегипотезы о том,как повлияетна здоровьечеловека облучениеот этого широкораспространившегосяисточникарадиации.

Чтобы решитьэтот вопрос,ГенеральнаяАссамблея ООНв декабре 1955 годаосновала Научныйкомитет подействию атомнойрадиации (UnitedNations ScientificCommittee on theEffects of AtomicRadiation, UNSCEAR).

В резолюцииоб учреждениикомитета былочетко сказано,чем он должензаниматься,а чем нет.

Неограничиваядеятельностькомитета задачейизучениярадиоактивныхосадков -вопроса,который тогдазанимал всех,- в резолюциипредлагалосьвыяснить, каковыуровни радиации,ее действиена окружающуюсреду и опасностьдля населения,создаваемыелюбым источникомрадиации, какестественным,так и искусственным,включая радиоактивныеосадки. Резолюцияне обязывалакомитет изыскиватьсредства защитыили даватьрекомендациик практическимдействиям; онпросто долженбыл оценитьсуществующееположение дел,не обременяясебя ответственностьюпринятия решения.

С тех пор прошлотридцать лет,появилосьвосемь объемистыхдокладов, икомитет до сихпор являетсобой один изнемногих примеровхорошо организованногоучреждения,которое выполняеточень важнуюработу.

Этаработа представляетбольшую ценностькак для научнойобщественности,которая видитв докладахкомитета последнийи наиболееавторитетныйисточник данныхи оценок порадиации, таки для политическихкругов, которыенашли в нихсолидную фактическуюоснову длявыработки такихдокументов,как Договороб ограничениииспытанийядерного оружия.

Брошюра, которуюя имею удовольствиепредставитьчитателю, выходитв свет в тридцатуюгодовщинусоздания комитета.Цель ее состоитв том, чтобырезультатыисследованийкомитета сталидостояниемболее широкойаудитории, чемэто было до сихпор. В такойсложной инеустоявшейсяобласти, какдействие радиациина человекаи окружающуюсреду, труднообойтись безспециальнойтерминологии.

Пользуюсьслучаем, чтобывыразить своюпризнательностьредакторуброшюры и ученым,сотрудничавшимс ним, за то, чтоони постаралисьсделать текстдоступнымширокому кругуобразованныхчитателей.

Конечно, этукнигу нельзяотнести к разрядуразвлекательных,но усилия,затраченныечитателем,окупятся тем,что он сможетмногое уяснитьдля себя и принятьучастие в однойиз актуальнейшихдискуссийнашего времени.

Мустафа КамальТолба, генеральныйдиректор ПрограммыООН по окружающейсреде

Найроби, декабрь1985 г.

1.Введение

Среди вопросов,представляющихнаучный интерес,немногие приковываютк себе стольпостоянноевниманиеобщественностии вызывают такмного споров,как вопрос одействии радиациина человекаи окружающуюсреду.

В промышленноразвитых странахне проходити недели безкакой-нибудьдемонстрацииобщественностипо этому поводу.

Такая же ситуациядовольно скороможет возникнутьи в развивающихсястранах, которыесоздают своюатомную энергетику;есть все основанияутверждать,что дебаты поповоду радиациии ее воздействиявряд ли утихнутв ближайшембудущем.

К сожалению,достовернаянаучная информацияпо этому вопросуочень частоне доходит донаселения,которое пользуетсяпоэтому всевозможнымислухами. Слишкомчасто аргументацияпротивниковатомной энергетикиопираетсяисключительнона чувства иэмоции, стольже часто выступлениясторонниковее развитиясводятся к малообоснованнымуспокоительнымзаверениям.

Научный комитетООН по действиюатомной радиациисобирает всюдоступнуюинформациюоб источникахрадиации и еевоздействиина человекаи окружающуюсреду и анализируетее. Он изучаетширокий спектрестественныхи созданныхискусственноисточниковрадиации, и еговыводы могутудивить дажетех, кто внимательноследит за ходомпубличныхвыступленийна эту тему.

Радиациядействительносмертельноопасна. Прибольших дозахона вызываетсерьезнейшиепоражениятканей, а прималых можетвызвать раки индуцироватьгенетическиедефекты, которые,возможно, проявятсяу детей и внуковчеловека,подвергшегосяоблучению, илиу его болееотдаленныхпотомков.

Но для основноймассы населениясамые опасныеисточникирадиации – этововсе не те, окоторых большевсего говорят.Наибольшуюдозу человекполучает отестественныхисточниковрадиации.

Радиация,связанная сразвитиематомной энергетики,составляетлишь малую долюрадиации, порождаемойдеятельностьючеловека; значительнобольшие дозымы получаемот других, вызывающихгораздо меньшенареканий, формэтой деятельности,например отприменениярентгеновскихлучей в медицине.

Кроме того,такие формыповседневнойдеятельности,как сжиганиеугля и использованиевоздушноготранспорта,в особенностиже постоянноепребываниев хорошо герметизированныхпомещениях,могут привестик значительномуувеличениюуровня облученияза счет естественнойрадиации.

Наибольшиерезервы уменьшениярадиационногооблучениянаселениязаключеныименно в таких«бесспорных»формах деятельностичеловека.

Данная брошюране претендуетна то, чтобыдать ответ навсе вопросы.

Наши знанияздесь все ещенедостаточны,хотя об источникахрадиации, еедействии начеловека иопасности длянаселенияизвестно больше,чем практическио любом другомфакторе, сопряженномс вреднымивоздействиями.

Но в ней сделанапопытка подытожитьвсе то достоверное,что известноо действиирадиации начеловека иокружающуюсреду, чтобыдискуссии наэту тему моглиопираться наболее реальнуюоснову.

НКДАР был создан ГенеральнойАссамблеейООН в 1955 году дляоценки в мировоммасштабе дозоблучения, ихэффекта и связанногос ними риска.Комитет объединяеткрупных ученыхиз 20 стран иявляется однимиз наиболееавторитетныхучрежденийтакого родав мире.

Он неустанавливаетнорм радиационнойбезопасностии даже не даетрекомендацийпо этому поводу,а служит лишьисточникомсведений порадиации, наоснове которыхтакие органы,как МеждународнаяКомиссия позащите отрадиоактивногоизлучения исоответствующиеНациональныеКомиссии,вырабатываютсоответствующиенормы и рекомендации.Раз в нескольколет он публикуетдоклады, содержащиеподробныеоценки дозрадиации, ихэффекта и опасностидля населенияот всех известныхисточниковионизирующихизлучений. Вэтой брошюрепредпринятапопытка краткоизложить самыепоследниеданные, почерпнутыеиз этих докладов,в форме, доступнойдля рядовогочитателя, и онаникоим образомне может подменитьсобой самидоклады.

Хотя в гл. 2-5 используетсяматериал последнихдокладов НКДАРГенеральнойАссамблее ООН,сами главы небыли рецензированыили одобреныкомитетом. Вгл. 6 предпринятапопытка обсудитьнекоторые общиеположения одопустимостириска радиационногооблучения, чтоне входит вкомпетенциюкомитета и необсуждалосьв его отчетах.

2.Радиация ижизнь

Радиоактивность– отнюдь неновое явление;новизна состоитлишь в том, каклюди пыталисьее использовать.И радиоактивность,и сопутствующиеей ионизирующиеизлучениясуществовалина Земле задолгодо зарожденияна ней жизнии присутствовалив космосе довозникновениясамой Земли.

Ионизирующееизлучениесопровождалои Большой взрыв,с которого, какмы сейчас полагаем,началосьсуществованиенашей Вселеннойоколо 20 миллиардовлет назад. Стого временирадиация постояннонаполняеткосмическоепространство.

Радиоактивныематериалы вошлив состав Землис самого еерождения. Дажечеловек слегкарадиоактивен,так как во всякойживой тканиприсутствуютв следовыхколичествахрадиоактивныевещества.

Нос момента открытияэтого универсальногофундаментальногоявления непрошло еще иста лет.

В 1896 году французскийученый АнриБеккерельположил несколькофотографическихпластинок вящик стола,придавив ихкусками какого-томинерала, содержащегоуран. Когда онпроявил пластинки, то, к своемуудивлению,обнаружил наних следы каких-тоизлучений,которые онприписал урану.

Вскоре этимявлениемзаинтересоваласьМария Кюри,молодой химик,полька попроисхождению,которая и ввелав обиход слово«радиоактивность».В 1898 году она иее муж ПьерКюри обнаружили,что уран послеизлучениятаинственнымобразом превращаетсяв другие химическиеэлементы.

Одиниз этих элементовсупруги назвалиполонием впамять о родинеМарии Кюри, аеще один – радием,посколькупо-латыни этослово означает«испускающийлучи».

И открытиеБеккереля, иисследованиясупругов Кюрибыли подготовленыболее ранним,очень важнымсобытием внаучном мире- открытием в1895 году рентгеновскихлучей; эти лучибыли названытак по имениоткрывшегоих (тоже, в общем,случайно) немецкогофизика ВильгельмаРентгена.

Беккерель одиниз первых столкнулсяс самым неприятнымсвойствомрадиоактивногоизлучения: речь идет о еговоздействиина ткани живогоорганизма.Беккерельположил пробиркус радием в кармани получил врезультатеожог кожи.

МарияКюри умерла,по всей видимости,от одного иззлокачественныхзаболеванийкрови, посколькуслишком частоподвергаласьвоздействиюрадиоактивногоизлучения.

Покрайней мере336 человек, работавшихс радиоактивнымиматериаламив то время, умерлив результатеоблучения.

Несмотря наэто, небольшаягруппа талантливыхи большей частьюмолодых ученыхнаправила своиусилия на разгадкуодной из самыхволнующихзагадок всехвремен, стремясьпроникнутьв самые сокровенныетайны материи.К сожалению,результатамих поисковсуждено было,воплотитьсяв атомную бомбув 1945 году.

Взрывы этихбомб в концевторой мировойвойны привелик колоссальнымчеловеческимжертвам.

Нопрактическимвоплощениемих поисковявилось такжесоздание в 1956году первойпромышленнойатомной электростанциив Колдер Холле(Великобритания)[Первая в миреатомная электростанциябыла пущенав СоветскомСоюзе в июне1954 года. – Прим.ред.

]. Следуетдобавить, чтобуквально смомента открытиярентгеновскихлучей они сталиприменятьсяв медицине, исфера их использованиявсе расширяется.

Главным объектомисследованияученых был саматом, вернее- его строение.Мы знаем теперь,что атом похожна Солнечнуюсистему в миниатюре:вокруг крошечногоядра движутсяпо орбитам«планеты»-электроны.

Размеры ядрав сто тысяч разменьше размеровсамого атома,но плотностьего очень велика,поскольку массаядра почтиравна массевсего атома.

Ядро, как правило,состоит изнесколькихболее мелкихчастиц, которыеплотно сцепленыдруг с другом(рис. 2.1).

Некоторые изэтих частицимеют положительныйзаряд и называютсяпротонами.

Число протоновв ядре и определяет,к какому химическомуэлементу относитсяданный атом:ядро атомаводорода содержитвсего одинпротон, атомакислорода-8,урана-92.

В каждоматоме числоэлектроновв точностиравно числупротонов вядре; каждыйэлектрон несетотрицательныйзаряд, равныйпо абсолютнойвеличине зарядупротона, такчто в целоматом нейтрален.

В ядре, как правило,присутствуюти частицы другоготипа, называемыенейтронами,поскольку ониэлектрическинейтральны.Ядра атомоводного и тогоже элементавсегда содержатодно и то жечисло протонов,но число нейтроновв них можетбыть разным.

Атомы, имеющиеядра с одинаковымчислом протонов,но различающиеся по числу нейтронов,относятся кразным разновидностямодного и тогоже химическогоэлемента, называемымизотопамиданного элемента.Чтобы отличитьих друг от друга,к символу элементаприписываютчисло, равноесумме всехчастиц в ядреданного изотопа.

Так, уран-238 содержит 92 протона и 146нейтронов; вуране-235 тоже92 протона, но143 нейтрона. Ядравсех изотоповхимическихэлементовобразуют группу«нуклидов».

Н

Распад урана-238.екоторыенуклиды стабильны,т. е. в отсутствиевнешнего воздействияникогда непретерпеваютникаких превращений.

Большинствоже нуклидовнестабильны,они все времяпревращаютсяв другие нуклиды.В качествепримера возьмемхотя бы атомурана-238, в ядрекоторого протоныи нейтроны едваудерживаютсявместе силамисцепления.Время от временииз него вырываетсякомпактнаягруппа из четырехчастиц: двухпротонов и двухнейтронов(α частица).

Уран-238 превращается,таким образом,в торий-234, в ядрекоторого содержатся90 протонов и144 нейтрона. Ноторий-234 такженестабилен.Его превращениепроисходит,однако, не так,как в предыдущемслучае: одиниз его нейтроновпревращаетсяв протон, и торий-234превращаетсяв протактиний-234,в ядре которогосодержатся91 протон и 143 нейтрона.

Эта метаморфоза,произошедшаяв ядре, сказываетсяи на движущихсяпо своим орбитамэлектронах:один из нихстановитсянеспаренными вылетает изатома. Протактинийочень нестабилен,и ему требуетсясовсем немноговремени напревращение…Далее следуютиные превращения,сопровождаемыеизлучениями,и вся эта цепочкав конце концовоканчиваетсястабильнымнуклидом свинца(см. рис. 2.3).

Разумеется,существуетмного такихцепочек самопроизвольныхпревращений(распадов) разныхнуклидов поразным схемампревращенийи их комбинациям.

При каждомтаком актераспада высвобождаетсяэнергия, котораяи передаетсядальше в видеизлучения.Можно сказать(хотя это и несовсем строго),что испусканиеядром частицы,состоящей издвух протонови двух нейтронов,- это альфа-излучение;испусканиеэлектрона, какв случае распадатория-234,-этобета-излучение.

Часто нестабильныйнуклид оказываетсянастольковозбужденным,что испусканиечастицы неприводит кполному снятиювозбуждения;тогда он выбрасываетпорцию чистойэнергии, называемуюгамма-излучением(гамма-квантом).

Как и в случаерентгеновскихлучей (во многомподобныхгамма-излучению),при этом непроисходитиспусканиякаких-либочастиц.

Весь процесссамопроизвольногораспада нестабильногонуклида называетсярадиоактивнымраспадом, а самтакой нуклид- радионуклидом.Но хотя всерадионуклидынестабильны,одни из нихболее нестабильны,чем другие.Например,протактиний-234распадаетсяпочти моментально,а уран-238 – оченьмедленно.

Половинавсех атомовпротактинияв каком-либорадиоактивномисточникераспадаетсяза время, чуть большее минуты,в то же времяполовина всехатомов урана-238превратитсяв торий-234 за четырес половиноймиллиарда лет.Время, за котороераспадаетсяв среднем половинавсех радионуклидовданного типав любом радиоактивномисточнике,называетсяпериодом полураспадасоответствующегоизотопа.

Этотпроцесс продолжаетсянепрерывноЗа время, равноеодному периодуполураспада,останутсянеизменнымикаждые 50 атомовиз 100, за следующийаналогичныйпромежутоквремени 25 изних распадутся,и так далее поэкспоненциальномузакону. Числораспадов всекунду врадиоактивномобразце называетсяего активностью.

Единицу измеренияактивности(в системе СИ)назвали беккерелем(Бк) в честь ученого,открывшегоявление радиоактивности;один беккерельравен одномураспаду в секунду.

Разные видыизлученийсопровождаютсявысвобождениемразного количестваэнергии и обладаютразной проникающейспособностью,поэтому ониоказываютнеодинаковоевоздействиена ткани живогоорганизма (рис.2.2).

Альфа-излучение,которое представляетсобой потоктяжелых частиц,состоящих изнейтронов ипротонов,задерживается,например, листомбумаги и практическине способнопроникнутьчерез наружныйслой кожи,образованныйотмершимиклетками.

Поэтомуоно не представляетопасности дотех пор, покарадиоактивныевещества, испускающиеα-частицы, непопадут внутрьорганизма черезоткрытую рану,с пищей или свдыхаемымвоздухом; тогдаони становятсячрезвычайноопасными.

Бета-излучениеобладает большейпроникающейспособностью:оно проходитв ткани организмана глубину один- два сантиметра.Проникающаяспособностьгамма-излучения,которое распространяетсясо скоростьюсвета, оченьвелика: егоможет задержатьлишь толстаясвинцовая илибетонная плита.

Повреждений,вызванных вживом организмеизлучением,будет тем больше,чем большеэнергии онопередаст тканям;количествотакой переданнойорганизмуэнергии называетсядозой (терминне слишкомудачный, посколькупервоначальноон относилсяк дозе лекарственногопрепарата, т.е.дозе, идущейна пользу, а нево вред организму).

Дозу излученияорганизм можетполучить отлюбого радионуклидаили их смесинезависимоот того, находятсяли они вне организмаили внутри его(в результатепопадания спищей, водойили воздухом).

Дозы можнорассчитыватьпо-разному, сучетом того,каков размероблученногоучастка и гдеон расположен,один ли человекподвергсяоблучению илигруппа людейи …

Источник: https://knigogid.ru/books/109596-radiaciya-dozy-effekty-risk/toread

Человек и радиация. Сборник статей. 1. Эдуард Иоханнесович Кэбин. Радиация. Страхи реальные и ложные. 2. Илья Абрамович Леенсон. Радиоактивность внутри нас

2. Радиация и жизнь

Cначала — две цитаты: из раздела «Пишут, что…» и из статьи А. М. Чекмарева «Радиоактивность вокруг нас» (обе — из «Химии и жизни», 2008, № 10). Цитата первая: «Практически все клетки человеческого тела ежегодно испытывают хотя бы одно событие радиационного поражения, многие — несколько раз».

И вторая: «Большинство людей получает от 0,3 до 0,6 миллизиверта в год за счет земной радиации… В среднем от земных источников естественной радиации мы получаем примерно 350 микрозивертов в год (то есть индивидуальные дозы у большинства из нас ближе к 0,3 миллизиверта)…

Если говорить о том, какой именно элемент вносит наибольший вклад в наше внутреннее облучение, то это газ радон и продукты его распада. Его доля — около 75% годовой индивидуальной дозы облучения человека от земных источников и около половины дозы от всех источников радиации».

(Кстати, более подробно об облучении от вездесущего радона можно прочитать в статье «Еще раз о радиоактивности в нашем доме», опубликованной в № 4, 1990.)

Прежде всего — несколько слов о единице облучения в статье Чекмарева. Она названа в честь шведского физика Рольфа Максимилиана Зиверта (1896–1966). Это — единица эквивалентной дозы излучения в СИ, принятая на XVI Генеральной конференции по мерам и весам в 1979 году (с 1975 по 1979 год она назвалась «грэй»).

Зиверт (Зв) равен дозе любого вида ионизирующего излучения, производящего такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского или гамма-излучения в 1 Гр, а эта единица (как единица поглощенной дозы) названа в честь английского физика Луиса Гарольда Грэя (1905–1965).

Один грэй — поглощенная доза излучения, при которой облученному веществу массой 1 кг передается энергия ионизирующего излучения 1 Дж. Значит, для среднего человека массой 70 кг 1 Зв соответствует общей поглощенной энергии 70 Дж. Для теплотехники это небольшая величина, ее достаточно для нагрева стакана воды менее чем на 0,1 градуса.

Для человека же такая доза, особенно если она однократная, означает исключительно сильное поражение. Поэтому на практике применяют дольные единицы: 1 мЗв и 1 мкЗв.

Мало кто знает, что, если человека поместить в свинцовую камеру с толстыми стенками и никакой радон в его легкие попадать не будет, он все равно будет облучаться.

Источник этого облучения — радионуклиды в его собственном теле, которые попали к нему при рождении и продолжают пополняться всю его жизнь. Избавиться от них невозможно принципиально, как, например, невозможно избавить человека от кальция или фосфора в его организме.

Таких радионуклидов, вносящих основной вклад во внутреннее облучение, всего два. Это калий-40 и углерод-14 (так называемый радиоуглерод).

Начнем с калия. Это один из наиболее распространенных элементов в земной коре: его в ней 2,1 %. Калий представлен в природе тремя изотопами:

В среднем относительная атомная масса калия с учетом распространенности его изотопов равна 39,0983. Один из этих изотопов, 40K, радиоактивен, хотя его активность и невелика, поскольку очень велик период полураспада (t1/2 = 1,28·109 лет).

Исходя из приведенных данных, можно рассчитать, какую радиацию мы получаем за счет распада калия в собственном теле. В человеке массой 70 кг содержится примерно 0,2% калия, или 140 г (кстати, это больше, чем натрия, которого в человеке около 100 г).

Следовательно, средний человек всегда носит в своем теле 0,0164 г радиоактивного калия-40, или 2,47·1020 атомов.

Скорость радиоактивного распада — уравнение первого порядка, то есть она пропорциональна числу имеющихся атомов (N): dN/dt = –kN; знак минус показывает, что число атомов уменьшается со временем.

(В радиохимии константу k обычно называют постоянной распада и обозначают греческой буквой λ.) Константа k связана с периодом полураспада простым соотношением: k = ln2/t1/2 = 0,693/1,28·109 = 5,41·10–10 год–1.

То есть в теле человека распадается 5,41·10–10 × 2,47·1020 = 1,34·1011 атомов за год — больше ста миллиардов, или 4250 атомов каждую секунду!

Какая же энергия выделяется при этом? Нуклид 40K распадается по двум путям: на 11% он претерпевает электронный захват (его еще называют K-захватом, по номеру оболочки, с которой происходит захват электрона): 40K + е → 40Ar.

Именно в результате такого распада 40K в земной коре и образовалась основная часть атмосферного аргона. Этот процесс является также основой так называемого калий-аргонового метода в геохронологии.

Остальные 89% 40K (1,2·1011 атомов в год) распадаются с испусканием бета-излучения: 40K → 40Ca + е. Энергия этих β-частиц равна 1,314 МэВ = 1,314·106 эВ. Как известно, 1 эВ соответствует 96 500 Дж/моль, или 96 500/6·1023 = 1,6·10–19 Дж в расчете на одну частицу.

Следовательно, энергия всех испущенных за год в теле человека β-частиц составит 1,314·106х1,6·10–19 × 1,2·1011 = 0,025 Дж или 0,36 мЗв.

Но и это не всё. Помимо калия-40 в нашем теле всегда присутствует радиоактивный углерод-14 с периодом полураспада 5730 лет, избавиться от которого тоже нельзя. Земля, как известно, подвергается непрерывному облучению космическими частицами.

Если бы не атмосфера, пропускающая к земной поверхности лишь небольшую часть космического излучения, жизнь на Земле вряд ли была бы возможна.

Из разнообразных ядерных реакций, идущих в верхних слоях атмосферы, нас сейчас интересует лишь одна — захват нейтронов атомами азота, при котором из ядра вылетает один протон: 14N + n → 14C + р.

Ядро составляет ничтожную часть объема атома, поэтому нейтроны даже при высокой плотности их потока редко попадают в ядро и над 1 см2 земной поверхности за 1 с образуется в среднем всего 2,4 ядра 14C. Если учесть площадь поверхности Земли, то получится, что ежегодно в атмосфере образуется примерно 8 кг этого нуклида.

Земля существует миллиарды лет, и если бы ядра 14C были бы стабильными, то их масса на Земле исчислялась бы десятками миллионов тонн. Однако нуклид 14C радиоактивен и непрерывно распадается.

Поэтому всего на Земле имеется около 60 тонн радиоуглерода, из которых ежегодно распадается 8 кг — столько же, сколько его образуется (в этом случае говорят о радиоактивном равновесии). Для Земли 60 тонн — крайне малая величина.

Так, в атмосферном углекислом газе количество радиоуглерода в среднем составляет лишь около 1 тонны, или 3·10–11% от «обычного» атмосферного углерода (12C + 13C); остальной радиоуглерод в основном растворен в воде океанов. 14C нарушалось в 50-е — начале 60-х годов XX века в результате испытаний ядерного оружия, и лишь к началу XXI века оно почти вернулось к прежнему уровню.

Большинству из вновь образовавшихся атомов 14C предстоит долгая жизнь — на многие тысячи лет. После образования они почти мгновенно окисляются в воздухе до 14CO, а затем в течение нескольких недель — до 14CO2, молекулы которого равномерно перемешиваются с воздухом.

Углекислый газ атмосферы — основной источник углерода, который в огромных количествах усваивается растениями в процессах фотосинтеза. Так радиоуглерод попадает в биосферу. Растениями питаются животные, поэтому вся живая органическая материя содержит радиоуглерод, хотя и в ничтожных количествах (1,18·10–14% относительно углерода-12).

Причем большое время его жизни и здесь способствует его равномерному распределению. Очень важно, что в результате обменных процессов, протекающих в живой природе, содержание 14C в растениях и животных в течение их жизни остается постоянным (хотя в разных растениях — разным, см. «Химию и жизнь», 2005, № 4).

Но как только обмен с окружающей средой прекращается, содержание радиоуглерода начинает очень медленно снижаться — вдвое каждые 5730 лет.

Радиоуглерод входит также в состав неорганических соединений, которые растворены в воде морей и океанов, в подземных водах и находятся в обменном равновесии с углекислым газом атмосферы.

В основном это растворимые гидрокарбонаты, которыми так богаты минеральные воды.

Но как только обмен прекращается (например, углерод вошел в состав минерала), происходит то же, что и в живой природе после гибели организма — содержание 14C в обычном углероде со временем начинает убывать.

Подробное рассмотрение закономерностей образования и распада радиоуглерода позволило американскому физикохимику Уилларду Фрэнку Либби (1908–1980) совершить в конце 40-х годов выдающееся открытие и через несколько лет получить Нобелевскую премию по химии «за разработку метода использования углерода-14 для определения возраста в археологии, геологии, геофизике и других областях науки».

Вернемся теперь к «среднему» человеку и посчитаем скорость распада радиоуглерода в его теле. Известно, что в 1 г природного «живого» углерода происходит 15,3 распада 14C в минуту.

Такая малая активность (намного меньше фона) сильно затрудняла измерения с помощью счетчиков, поэтому сейчас для точного определения содержания радиоуглерода используются масс-спектрометрические методы. В человеке массой 70 кг содержится около 14 кг углерода.

Следовательно, в минуту в нем будет распадаться 15,3·103 × 70 = 1,07·106 атомов, а в год — 5,63·1011 атомов 14C, величина того же порядка, что и для атомов 40K (конечно, это случайное совпадение).

Однако энергия при этом выделяется не такая большая. Углерод-14, как и калий-40, претерпевает β-распад, но со значительно меньшей энергией — всего 0,156 МэВ = 0,156·106 эВ. Значит, суммарная энергия всех β-частиц равна 0,156·106 × 1,6·10–19 × 5,63·1011 = 0,014 Дж, или 0,2 мЗв.

Общая же доза от «внутреннего» облучения составит 0,36 + 0,2 = 0,56 мЗв, то есть столько же, сколько от внешних источников! Следует, однако, отметить, что мягкое излучение радиоуглерода задерживается в тканях полностью, тогда как более энергичные частицы, испускаемые атомами 40K, могут частично вылетать из тела.

Как видим, общее число частиц высокой энергии, испускаемых в теле человека нуклидами 40K и 14C в течение года, приближается к триллиону (1012). Клеток в организме порядка ста триллионов.

Однако следует учесть, что мы рассчитали только «внутренние» частицы, тогда как человек подвергается также и внешнему облучению. Еще важнее то, что одна частица высокой энергии может вызвать целый каскад превращений и поразить не одну клетку.

Поэтому приведенная в начале статьи цитата выглядит вполне правдоподобной, хотя и парадоксальной для небиолога.

В заключение — несколько забавных расчетов. Зная, сколько атомов 40K распадается в человеке за год по механизму 40K + е → 40Аr (примерно 1,5·1010), легко подсчитать, что в теле человека в течение 50 лет образуется около 3·10-8 мл аргона, а у всех людей на Земле — менее 200 мл — не хватит, чтобы надуть один воздушный шарик…

Современное значение относительной атомной массы калия — 39,0983. Какое значение получил бы воображаемый инопланетный химик, если бы он провел измерения этой величины в момент образования нашей планеты, 4,5 млрд лет назад? Отношение числа атомов 40K к современному рассчитывается по простой формуле: N0/N = exp(–kt) = exp(5,41·10–10 × 4,5·109) = 11,4.

Теперь рассмотрим образец земной коры, содержащей 100 атомов калия. Из них сейчас на долю 39K приходится (в среднем, конечно) 93,2581 атомов, на долю 40K — 0,0117 атомов и на долю 41K — 6,7302 атомов.

В момент образования Земли число атомов 39K и 41K было таким же, а число атомов 40K было в 11,4 раза больше, 0,1334; то есть к настоящему времени распалось 91,2% первоначального количества атомов калия-40! Итак, 4,5 млрд лет назад наш воображаемый образец содержал 100,1217 атомов.

Их суммарная масса составляла 93,2581 × 38,9637 + 0,1334 × 39,9640 + 6,7302 × 40,9618 = 3914,6929 г, а относительная атомная масса элемента калия была 3914,6929/100,1217 = 39,0993. Изменение в третьем знаке после запятой инопланетный химик смог бы установить.

В заключение попробуем оценить, насколько нагрелась бы земная кора только за счет радиоактивного распада 40K, если бы в ней распалось всего 5% от имеющегося сейчас количества 40K — без учета тепловых потерь в окружающее пространство. Такое количество распадется за 95 миллионов лет.

Будем считать, что калий распространен равномерно, а теплоемкость земных пород примем равной 1 Дж/(г·К). Сейчас в 1 кг породы содержится примерно 21 г калия, из которых на долю 40K приходится 21 × 0,000117 = 0,0025 г.

При распаде в этой породе 5% 40K, то есть 0,0025 × 0,05 = 1,25·10-4 г, или 3,12·10-6 моль, выделится 1,314·106 (эВ) × 96,5 (кДж/(моль·эВ)) × З,12·10–6(моль) ≈ 400 кДж.

В отсутствие тепловых потерь это привело бы к нагреву земной коры на 400 К! Таким образом, распад калия-40 вносит заметный вклад в тепловой баланс Земли и, вероятно, других планет. Действительно, по разным оценкам, распад калия-40 дает от 10 до 15% суммарной скорости генерации энергии в земной коре.

Источник: http://avkrasn.ru/article-3823.html

Book for ucheba
Добавить комментарий