Изучение радиоактивного излучения

Общие сведения

Радиоактивное излучение бывает трех типов: альфа-, бета- и гамма-излучение.

Альфа-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей и малой проникаюВнщей способностью (например, поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм.). Эта поток ядер гелия.

Бета-излучение отклоняется электрическим и магнитным поВнлями. Его ионизирующая способность значительно меньше (приВнмерно на два порядка), а поглощающая, гораздо больше (поВнглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у альфа-частиц. Это поток электронов или позитронов. КоэффиВнциент поглощения бета-излучения, которое сильно рассеивается в веществе, зависит не только от свойств вещества, но и от разВнмеров и формы тела, на которое падает бета-излучение.

Гамма-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способВнностью и очень большой проникающей способностью (наприВнмер, проходит через слой свинца толщиной 5 см). При прохожВндении через кристаллическое вещество наблюдается дифракция гамма-излучения. Гамма-излучение тАФ это коротковолновое элекВнтромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны тАФ меньше 10^-10 м. Многие радиоактивные процессы сопровождаВнются излучением гамма-квантов.

В начальный период исследования радиоактивного излучеВнния приходилось иметь дело с проникающим рентгеновским изВнлучением, распространяющимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры излучения многие годы применяли реВнзультат измерений ионизации воздуха вблизи рентгеновских трубок и аппаратов. Позднее пыла установлена экспозиционная доза тАФ количественная характеристика ионизирующею излучеВнния. Единица экспозиционной дозы тАФ рентген (Р), 1Р == 2'10⁹ пар ионов в 1 см³ воздуха при атмосферном давлении. В пракВнтической дозиметрии часто применяется мощность экспозиционВнной дозы, равная экспозиционной дозе в единицу времени.

Изучение последствий облучения живого организма привело к заключению, что радиобиологический 'эффект зависит не только от поглощенной дозы, т. е. энергии, переданной облученному веществу, но и от других факторов. При одной и той же поглоВнщенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем мощнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы. Единица эквивалентной дозы тАФ зиверт (Зв), названная в честь известного шведского радиобиолога Г.Р, Зиверта. Иногда используется другая единица эквивалентной дозы тАФ бэр (13в =100бэр).

Естественные источники радиоактивного излучения

Основную часть облучения население Земли получает от естестВнвенных источников радиоактивного излучения. Большинство из них таковы, тАЬпо избежать облучения от них совершенно невозВнможно. На протяжении всей истории существования Земли разВнные виды излучения падают на ее поверхность из космоса и поВнступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя путями. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаруВнжи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения наВнзывают внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частноВнсти, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых месВнтах земного шара, где залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответстВнвенно ниже.

Доза облучения зависит, кроме того, от условий жизни люВндей. Применение некоторых строительных маршалов, испольВнзование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах тАФ все эти сказывается на уровне облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме отВнветственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они дают боВнлее 5/6 годовой эквивалентной дозы. получаемой населением в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего обВнлучения. Рассмотрим вначале некоторые данные о внешнем облучении от источников космического происхождения.

Космические лучи. Естественный радиационный фон, создаВнваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек- Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмоВнсферой, порождая вторичное излучение и приводя к образоваВннию различных радионуклидов. Нет такого места на Земле, куда бы не падали невидимые космические лучи. Но одни участки земной поверхности более подвержены их действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного ноВнля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические лучи.

Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей экВнвивалентную дозу около 300 мкЗв/год; для людей же, живущих выше 2000м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше.

Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжиВнтельному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самоВнлетов. При подъеме с высоты 4000м (максимальная высота, на которой расположены поселения людей: деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12 000м (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20 000м (максиВнмальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше. При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв, а пасВнсажир сверхзвукового самолета на 20% меньше, хотя подвергаетВнся более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени.

Земные радиоактивные источники излучения. Основные раВндиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли тАФ это калий-40, ру6идий-Я7 и изотопы двух радиоактивных сеВнмейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 тАФ долгоживущих изотопов, входящих в состав Земли с самого ее рождения. Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации раВндионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они примерно одного порядка. Мощность эквивалентной дозы естественного радиоакВнтивного фона на Земле составляет в среднем 1м3в/год, или окоВнло 0,12мк3в/час. Для сравнения укажем, что просмотр одного хоккейного матча по телевизору дает дозу около 0,01мк3в.

Облучение в 5м3в за год (или 0,5тАФ0,6 мкЗв/час) считается доВнпустимым для населения (для персонала АЭС тАФ в 10 раз больше), гак же, как и разовая доза 0,1тАФ0,2 Зв при аварийном облучении.

При получении однократной дозы, начиная с 0,5 Зв, наблюВндается кратковременное изменение состава крови и нарушение работы желудочно-кишечного тракта. При дозе в 1 Зв и более развиваются симптомы лучевой болезни различной степени тяВнжести- Доза в 4,5 38 является половинной летальной дозой, т. е. при ее получении погибает 50% облученных, а доза б Зв безусВнловно смертельна.

Согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95% населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составВнляет от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Некоторые П1уппы населения полуВнчают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 мЗв/год, а примерно 1,5% тАФ более 1,4 мЗв/год.

Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации наВнмного выше. Например, на небольшой возвышенности, расположенной в 200 км от Сан-Паулу в Бразилии, уровень радиации в ЯОО раз превосходна средний и достигает примерно 251 мЗв/год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте Гуарапари с населением примерно 12000 человек, расположенном в 600км к востоку от этой возвышенВнности. Каждое лето Гуарапари становится местом отдыха приВнмерно 30000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 мЗв/год. Радиация на улицах города намного ниже тАФ от 8 до 15 мЗв/год, ио все же значительно превышает средний уровень.

Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенВнных пункта стоят на песках, богатых торием.

В другой части земного шара на юго-западе Индии 70000 чеВнловек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой терриВнтории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8м3в/год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7м3в/год. Около шестидесяти человек получают годоВнвую дозу, превышающую 17м3в/год, что существенно превышаВнет годовую дозу внешнего облучения от земных источников раВндиации.

Территории в Бразилии и Индии тАФ наиболее хорошо изуВнченные тАЬгорячие точкитАЭ нашей планеты. Но в Иране, например в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации 400 мЗв/год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, наВнпример во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

Источники внутреннего облучения. В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую челоВнвек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, воВндой и воздухом. Совсем небольшая часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода-14 и трития, которые образуются под действием космических лучей- Все остальное поступает от источников земного происхождении. В среднем чеВнловек получает около 180 мкЗв/год за счет калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма.

Значительно большую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньВншей степени тАФ от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например нуклиды свинца и полония, поступают в оргаВннизм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поВнэтому люди. потребляющие мною рыбы и других даров моря. могут получить относительно высокие дозы облучения.

Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются а основВнном мясом северного оленя (карибу), в котором радиоактивные изотопы свинца я полония присутствуют в довольно высокой концентрации- Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаютВнся лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень.

В другом земном полушарии люди, живущие в Западной АвВнстралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, поВнскольку едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем поВнпасть в организм человека, радиоактивные вещества, как и в рассмотренных выше случаях, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника.

Искусственные источники радиоактивного излучения. За поВнследние несколько десятилетий человек создал сотни искусстВнвенных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине, для создания атомного оруВнжия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения Как отдельных людей, так и населения Земли в целом. ИндивиВндуальные дозы, получаемые равными людьми от искусственных источников радиации, сильно различаются- В большинстве слуВнчаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенВнсивнее, чем за счет естественных. Как правило, для техногенных источников радиации упомянутые различия выражены гораздо сильнее, чем для естественных. Кроме того, порождаемое им излучение обычно легче контролировать, хотя облучение, свяВнзанное с радиоактивными осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обусловВнленное космическими лучами или земными источниками.

С. Х. Карпенков Концепции современного естествознания

Вместе с этим смотрят:

"Инкарнация" кватернионов

* Алгебры и их применение

*-Алгебры и их применение

10 способов решения квадратных уравнений

Bilet