«Радиация-друг или враг»

Вид материалаДокументы

Содержание


Естественная радиация
1. Космическое излучение
2. Радиация земного происхождения
3. Внутреннее облучение
Искусственная радиация
Аспекты за радиацию.
Использование ионизирующих излучений в медицине.
Излучение в терапии.
Использование ионизирующих излучений в промышленности и технике.
Радиоактивный громоотвод.
Стерилизация и сохранение пищевых продуктов.
Аспекты против радиации
Единицы измерения радиоактивности
Генетические последствия облучения
Атом выходит из-под контроля.
Радиоактивный «мусор».
Опасности «мирной» радиации
Перспективы атомной энергетики
«Клетка, орган, организм и радиация»
Действие радиации на клетку
...
Полное содержание
Подобный материал:
  1   2



«Радиация-друг или враг»


Калитвинцев Денис, 10 «Б» класс МОУ «СОШ №37»

Научный руководитель: В.Ф.Каратаев, доцент ФТФ ТПУ, к.техн.н.

Руководитель: Е.Л.Кукина, учитель физики МОУ «СОШ №37» г.Томска


Понятие радиации.

Радиация (или ионизирующее излучение) представляет собой потоки частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению его атомов или молекул. Это электроны, позитроны, протоны, нейтроны и другие элементарные частицы, а также атомные ядра и электромагнитное излучение гамма-, рентгеновского и оптического диапазонов. Таким образом, радиация (от лат. radio - излучаю) представляет собой излучение идущее от какого-либо тела.

     Радиация овевала планету задолго до того, как на ней возникла жизнь. И, вероятно, именно из-за неё на Земле такое многообразие форм материи. Более того, все живое настолько привычно к радиации, что вряд ли смогло бы обычно существовать в радиационно-стерильной среде.

Различают естественную и искусственную радиацию, между которыми принципиального различия нет.


Естественная радиация

Естественная радиация наблюдается у ядер, существующих в природных условиях. К естественной радиации можно отнести следующие виды излучений:


1. Космическое излучение - возникает при взрыве сверхновых звёзд.  В них уже обнаружена большая часть таблицы Менделеева. Так как Земля всё-таки магнитит, то космические лучи, будучи заряженными частицами, отклоняются в районе экватора и собираются над полюсами в виде воронок. И чем выше, тем радиации больше! То есть, например, на Эвересте можно облучиться в 16 раз сильнее, чем на широте, в которой мы живём. Кроме того, землян атакуют мощные потоки солнечной радиации. От солнечной радиации способен защитить озон, но человечество постоянно разрушает эту тонкую оболочку планеты (мощные ракеты, реактивные самолёты, уничтожение природного озонатора - лесов, массовое применение фреонов и т.д.). Суммарный эффект космического облучения на уровне моря соответствует среднегодовой дозе около 0,4 мЗв.


2. Радиация земного происхождения. Источники естественной радиации: урановые руды, граниты и базальты - найдены по всей планете. По данным ядерной геофизики в природе много источников естественной радиоактивности. В породах земной коры, в среднем, на одну тонну пород приходится 2,5 - 3 грамма урана, 10 - 13 г тория, 15 - 25 г калия. Каждую минуту в 1 кг вещества земных пород распадается в среднем 60000 ядер К40, 15000 ядер изотопа Rb87, 2400 ядер Th232, 2200 ядер U238. Полная величина естественной радиоактивности - около 200 тыс. распадов в минуту.

Ответственность за естественную земную радиацию в основном несут три радиоактивных элемента - уран, торий и актиний. Эти химические элементы нестабильны; распадаясь, они выделяют энергию или становятся источниками ионизирующего излучения. Как правило, при распаде образуется невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон. Он существует в виде двух изотопов: радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238, и радон-220 (называемый также торон), член радиоактивного ряда тория-232. Радон постоянно образуется в глубинах Земли, накапливается в горных породах, а затем постепенно по трещинам перемещается к поверхности Земли.

Облучение от радона человек очень часто получает, находясь у себя дома или на работе: в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена концентрация этого газа - источника радиации. Во время солнечных бурь содержание радона в окружающей среде возрастает в 5-10 раз. Радон легко проникает в лёгкие, во весь организм, и имеет свойство накапливаться в гипофизе, который отвечает за регуляцию работы сердца, нервной системы, желудка, печени,  и коре надпочечников, способствующих к адаптации и жизнестойкости.

Проникает радон в дом из грунта, сквозь трещины в фундаменте и через пол. Накапливается в основном на нижних этажах жилых и производственных построек. Известны и такие случаи, когда жилые дома и производственные корпуса возводят непосредственно на старых отвалах горнодобывающих предприятий, где радиоактивные элементы присутствуют в значительных количествах. Если в строительном производстве применяют такие материалы, как гранит, пемза, глинозем, фосфогипс, красный кирпич, кальциево-силикатный шлак, источником радоновой радиации становится материал стен. Живущие в деревянном доме получают за год на 0,4 мЗв меньше, чем жители дома кирпичного (в среднем за год набирается до 0,8 мЗв). А жители дома из гранитных камней получат за год дозу, на 0,5 мЗв большую.

Природный газ, используемый в газовых плитах (особенно сжиженный пропан в баллонах) тоже потенциальный источник радона.

Было установлено, что средняя концентрация радона в ванной комнате, как правило, в 40 раз выше, чем в жилых комнатах и в несколько раз выше, чем на кухне.

Существует 5 населённых мест на Земле,  где существенно увеличен уровень радиации: Бразилия, Франция, Индия, Египет и остров Ниуэ. О существовании так называемых "гиблых мест" было известно издревле; теперь эти места носят гордое название "геопатогенные зоны" (ГПЗ) - ("гео" - Земля, "патогенный" - болезнетворный). Сегодня под ГПЗ понимают геофизическое явление, природа которого не известна, приборы фиксируют здесь резкое уменьшение отрицательно заряженных частиц кислорода. По одной из гипотез ГПЗ пронизывает мощный поток элементарных частиц, гораздо меньших, чем нейтрон. Как бы там ни было, но учёные привязывают ГПЗ к подземным разломам скальных пород, карстовым пустотам, древним руслам рек, высохшим водоёмам, залежам полезных ископаемых, пересечениям подземных водных потоков, т.е. к неоднородностям  в земной коре.

Вместе с тем, радоном лечат. На Кавказе и Алтае радоновые ванны принимают тысячи курортников.


3. Внутреннее облучение - процесс, при котором источник радиации находится внутри человеческого организма, попадая туда с дыханием, пищей, повреждениями кожи.
Концентрация свинца и полония высока в рыбе и моллюсках. Радиоактивный калий в большей мере концентрируется в шоколаде, какао, горохе, картофеле, твороге, говяжьем мясе. У курильщиков радиоактивного полония в лёгких в 3 раза больше, чем у некурящих людей.

Дозы, получаемые в обычных условиях, ничтожны. Мощность эквивалентной дозы, создаваемой естественным излучением, колеблется от 0,05 до 0,2 мкЗв/ч, т.е. от 0,44 до 1,75 мЗв/год (44-175 Мбэр/год).

Поскольку в кирпиче и бетоне в небольших дозах присутствуют радиоактивные элементы, доза возрастает еще на 1,5 мЗв/год. Наконец, из-за выбросов современных тепловых электростанций, работающих на угле, и при нахождении в самолетах человек получает до 4 мЗв/год. Итого существующий фон может достигать 10 мЗв/год, но в среднем не превышает 5 мЗв/год (0,5 бэр/год).

Такие дозы совершенно безвредны для человека. Предел дозы в добавление к существующему фону для ограниченной части населения в зонах повышенной радиации установлен 5 мЗв/год (0,5 бэр/год), т.е. с 300-кратным запасом. Для персонала, работающего с источниками ионизирующих излучений, установлена предельно допустимая доза 50 мЗв/ год (5 бэр/год), т.е. 28 мкЗв/ч при 36-часовой рабочей неделе.


Искусственная радиация


Другие источники радиации, к сожалению обладающие потенциальной опасностью, созданы самим человеком. Источники искусственной радиации - это созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучки нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения.

Особняком по своему воздействию на человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. Однако только чрезвычайные ситуации, типа Чернобыльской аварии, могут оказать неконтролируемое воздействие на человека. Остальные работы легко контролируются на профессиональном уровне.

Открытие радиоактивных свойств материи необратимо изменило нашу цивилизацию. Ионизирующая радиация все сильнее внедряется в наш быт. Обычный рентгеновский снимок у зубного врача добавляет примерно 0,2 МэВ к среднегодовой дозе облучения. За счет медицинских исследований (флюорография, рентгеновские снимки) человек в среднем получает до 1,0 МэВ год.


Аспекты за радиацию.

Вместе с тем радиация состоит на службе у человека. Вот далеко не полный перечень областей применения радиации: медицина, промышленность, сельское хозяйство, химия, наука и т.д.

Использование ионизирующих излучений в медицине.


Рентгеновское излучение, открытое в 1895 году Вильгельмом Конрадом Рентгеном, является электромагнитным, т.е. фотонным. Источником этого излучения является вакуумная трубка, имеющая катод и анод, между которыми создается высокое напряжение. Обычная классическая рентгенотерапия проводится при напряжении генерирования 30 – 250 кВ. Электроны, вылетающие из катода, приобретают ускорение под действием электрического поля и энергию Е, равную: E = eU, где, e – заряд электрона; U – напряжение в трубке. Эта энергия измеряется в электрон-вольтах (эВ), т.е. 1 эВ – это энергия электрона, полученная при разности потенциалов 1 В.

На основе рентгеновского излучения в медицине применяют рентгенографию: рентгеносъёмку, скиаграфию, рентгенологическое исследование - в данных случаях рентгеновское изображение объекта (рентгенограмму) получают на фотоплёнке, что является одним из основных методов рентгенодиагностики. Рентгеновскую съёмку любого органа производят не менее чем в двух взаимно перпендикулярных проекциях. Технические условия съёмки определяются с помощью таблиц или автоматически задаются в ходе рентгенографии специальными приборами, входящими в комплект рентгеновской установки. На рентгенограммах выявляется больше деталей изображения, чем при рентгеноскопии. Полученный снимок — документ, который хранится в лечебном учреждении и служит для сопоставления с последующими рентгенограммами.


  Излучение в терапии. В тех случаях, когда необходима более высокая энергия, чем энергия рентгеновских лучей - как, например, в лучевой терапии - используется телекобальтовая пушка или (в последнее время) линейный ускоритель. Линейный ускоритель направляет электронной пучок высокой энергии глубоко в ткань, требующую лечения - такую, как злокачественное образование. Поскольку такой пучок очень легко направить и сформировать его параметры, он подвергает раковую опухоль мощному перекрестному огню на протяжении нескольких недель без нанесения слишком большого вреда окружающим тканям или коже.

Успехи современной микроминиатюрной радиотехники позволяют проводить исследования желудочно-кишечного тракта при помощи радиопилюль. Вместо противной кишки пациент глотает небольшую таблетку, представляющую собой небольшой радиопередатчик. Частота передатчика зависит от свойств окружающей среды. У одних радиопилюль частота изменяется при изменении температуры среды, у других - при изменении ее кислотности.

Нельзя назвать радиацию врагом человечества и в борьбе с малярией. Согласно результатам последних исследований научных сотрудников Национального Института Стандартов и Технологии, именно применение радиации может стать радикальным способом лечения болезни, жертвами которой ежегодно становятся более миллиона жителей нашей планеты.

С помощью радиоактивного излучения ученым удалось создать новый вид малярийного паразита, который, в отличие от своего немутировавшего сородича, является более ослабленным и безобидным. Сейчас ведутся разработки по созданию новейшей вакцины против малярии при содействии этого насекомого. По словам специалистов, созданная таким образом вакцина должна быть в несколько раз эффективнее всех существующих.

Радикальное отличие нового подхода к изготовлению вакцины состоит в том, что сейчас она изготовляется на основе использования всего малярийного паразита, а не отдельных его частей, как это было раньше.


Исследования в области - радиационной генетики и радиационной селекции дали около сотни новых разновидностей культурных растений, среди которых высокоурожайные, устойчивые к различным заболеваниям сорта пшеницы, риса и других зерновых. Облучение помогает получать из радиационно-измененных веществ новые лекарства, необходимые человеку. Например, пенициллин - антибиотик, спасшим жизнь сотням тысяч людей. Первые партии пенициллина, полученные в начале 40-х годов, были дороже золота - так дорого было его производство. Только использование облучения помогло в несколько раз повысить продуктивность грибка «пенициллиум», из которого производится препарат.


Использование ионизирующих излучений в промышленности и технике.


     Восстановление фотографий. Любой фотографический снимок со временем выцветает. Это заметно, когда рассматриваешь семейные фотоальбомы, в которых попадаются давно сделанные снимки. Иногда качество фотографий становится настолько плохим, что никакое контрастное перефотографирование не помогает. И вот тогда на помощь приходит ядерная физика. Она позволяет восстановить фотоснимки, на которых уже ничего не видно.


        Радиоактивный громоотвод. Известно, что для защиты какого- либо объекта (здания, трубы, высоковольтной мачты) от удара молнии, устраивают громоотводы. На самой высокой точке объекта, охраняемого от молний, устанавливается хорошо заземленный металлический шест с остриём на конце. Во время грозы в окрестности острия возникает повышенная ионизация воздуха («заряды стекают с острия»), благодаря чему сопротивление воздуха в этом районе снижается. Это в свою очередь, приводит к уменьшению напряженности поля и, как следствие, к снижению вероятности возникновения разряда молнии. Если все же молния и ударяет в громоотвод, то этот удар не вызывает разрушений потому, что громоотвод соединен хорошим проводником с землей. Недостатком громоотвода является малый радиус его действия (он примерно равен удвоенной высоте громоотвода). Расширить радиус действия громоотвода можно при помощи искусственной ионизации воздуха в его окрестности. Это достигается с помощью источника гамма- квантов, укрепленного на острие громоотвода. Если взять достаточно мощный источник, то радиус действия громоотвода можно довести до нескольких сотен метров. В качестве источника гамма- квантов обычно используется радиоактивный кобальт 60Со активностью 100- 200 МКи, то есть (4- 8)•109 Бк (расп/с). Такие громоотводы установлены, например, в Югославии. Они оказались дешевле других.


     Стерилизация и сохранение пищевых продуктов. Высокоинтенсивное излучение может использоваться для стерилизации такого оборудования, как хирургические инструменты и перчатки, которые не выдерживают температур, используемых при обычной стерилизации. Излучением можно стерилизовать некоторые лекарства, и подвергать облучению пищевые продукты в целях улучшения их сохранности. В настоящее время портится приблизительно 20 процентов пищевых продуктов еще до того, как они достигают потребителя, в то время как свежесть облученных пищевых продуктов сохраняется в течение месяцев. Кроме того, облучение пищевых продуктов уничтожает таких паразитов, как трихинелла, а также патологические бактерии, такие, как сальмонелла. Облученные пищевые продукты сами по себе радиоактивными не становятся и никакого риска не создают.


Аспекты против радиации


Все органы человека содержат какие-либо радиоактивные изотопы. Пока их количество не превышает безопасного предела, оснований для беспокойства нет. Но если уровень радиации повышается, живые организмы оказываются под угрозой.
Впервые испытали на себе действие повышенных доз радиации ученые, исследователи естественной радиоактивности - Беккерель, Пьер Кюри, Мария Склодовская-Кюри. Когда супруги Кюри в 1901 г. получили из урановой смоляной обманки первые крупицы радия, Анри Беккерелю предстояло выступить на конференции с докладом о свойствах радиоактивных веществ.

Желая продемонстрировать действие излучения радия на флуоресцирующем экране из сульфида цинка, он на время взял в лаборатории пробирку с несколькими кристаллами хлорида бария, содержащего примесь соли радия и целый день носил эту пробирку в кармане жилета. Демонстрация излучения прошла успешно, хотя Беккерель то и дело поворачивался к экрану спиной, и радиевые лучи должны были проникать к сульфиду цинка сквозь его тело. Но через 10 дней на коже Беккереля напротив жилетного кармана появилось красное пятно, а потом - долго не заживающая язва.

Пьер Кюри тоже успел убедиться в коварстве радия. Не подозревая о серьезной опасности, которой подвергается, он прикладывал ампулу с солью нового элемента к руке и получил глубокий ожог с омертвением тканей.

Видные ученые: Мари Склодовская-Кюри, Маргерит Пере и многие другие страдали лучевой болезнью, которая стала профессиональным недугом всех радиохимиков.



П.Кюри Мари Складовская-Кюри

(КЮРИ Пьер (1859-1906), французский физик, один из создателей учения о радиоактивности. Открыл (1880) и исследовал пьезоэлектричество. Исследования по симметрии кристаллов (принцип Кюри), магнетизму (закон Кюри, точка Кюри). Совместно с женой М. Склодовской-Кюри открыл (1898) полоний и радий, исследовал радиоактивное излучение. Ввел термин «радиоактивность». Нобелевская премия (1903, совместно со Склодовской-Кюри и А. А. Беккерелем).


Облучение


Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения – как правило, не ранее чем через одно – два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению появляются лишь в следующем или последующем поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению.

В то время как идентификация быстро проявляющихся («острых») последствий от действия больших доз облучения не составляют труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда оказывается очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждение генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин.

Чтобы вызвать острое поражение организма, дозы облучения должны превышать определенный уровень, но нет никаких оснований считать, что это правило действует в случае таких последствий, как рак или повреждение генетического аппарата. По крайней мере, теоретически для этого достаточно самой малой дозы. Однако в то же самое время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучения далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Точно так же любой человек, подвергшийся действию радиации, совсем не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней; однако вероятность или риск наступления таких последствий у него больше, чем у человека, который не был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.

Большое количество сведений было получено при анализе результатов применения лучевой терапии для лечения рака. Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для разных органов и тканей оказалась неодинаковой, причем различия очень велики. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносит серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием.

Наиболее уязвимы к облучению красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы. К счастью, они обладают также замечательной способностью к регенерации, и если доза облучения не настолько велика, чтобы вызвать повреждение всех клеток, кроветворная система может полностью восстановить свои функции. Если же облучению подверглось не все тело, а какая-то его часть, то уцелевших клеток мозга бывает достаточно для полного возмещения поврежденных клеток.

Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению. Однократное облучение семенников при минимальной дозе приводит к временной стерильности мужчин, а дозы чуть больше достаточно, чтобы привести к постоянной стерильности: лишь через много лет семенники смогут вновь продуцировать полноценную сперму. По-видимому, семенники являются единственным исключением из общего правила: суммарная доза облучения, полученная в несколько приемов, для них более, а не менее опасна, чем та же доза, полученная за один прием. Яичники же гораздо менее чувствительны к действию радиации, по крайней мере, у взрослых женщин.

Для глаза наиболее уязвимой частью является хрусталик. Погибшие клетки становятся непрозрачными, а разрастание помутневших участков приводит сначала к катаракте, а затем и к полной слепоте. Чем больше доза, тем больше потеря зрения.

Дети также крайне чувствительны к действию радиации. Относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, что приводит к аномалиям развития скелета. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост костей. Оказалось также, что облучение мозга ребенка при лучевой терапии может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти, а у очень маленьких детей даже к слабоумию и идиотии. Кости и мозг взрослого человека способны выдерживать гораздо большие дозы.

Крайне чувствителен к действию радиации и мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. В этот период у плода формируется кора головного мозга, и существует большой риск того, что в результате облучения матери (например, рентгеновскими лучами) родится умственно отсталый ребенок. Именно таким образом пострадали примерно 30 детей, облученных в период внутриутробного развития во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки. Хотя индивидуальный риск при этом большой, а последствия доставляют особенно много страданий, число женщин, находящихся на этой стадии беременности, в любой момент времени составляет лишь небольшую часть всего населения. Это, однако, наиболее серьезный эффект из всех известных эффектов облучения плода человека, хотя после облучения эмбрионов животных в период их внутриутробного развития было обнаружено не мало других серьезных последствий, включая пороки развития, недоразвитость и летальный исход.

Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. Почки, печень, мочевой пузырь, зрелая хрящевая ткань являются наиболее стойкими к радиации органами. Легкие – чрезвычайно сложный орган – гораздо более уязвимы, а в кровеносных сосудах незначительные, но, возможно, существенные изменения могут происходить уже при относительно небольших дозах.

Что же происходит при действии на живые ткани ионизирующих излучений? Детальное изучение физических и химических процессов, происходящих в облученной живой ткани, показало, что в действительности число образующихся ионов сравнительно невелико - например, даже при единовременно полученной гибельной дозе в 10 Зв, ионизация среды соответствовала бы образованию одного иона на 10 миллионов молекул воды. Так что, во-первых, прямая ионизация, при которой большая часть атомов живой среды превращалась бы в ионы, невозможна, а, во-вторых, повреждающее действие излучения связано с ионизирующим эффектом не прямо, а опосредованно. Кроме того, нельзя объяснить действие излучения и термическим эффектом. При той же огромной и практически нереальной дозе в 10 Зв в организме человека выделилось бы не более 100 калорий тепловой энергии. Примерно столько же калорий человек получает, выпив пару глотков теплой воды. Итак, биологическое действие излучения никак нельзя свести к повышению температуры организма.

Как выяснилось, основной механизм возникновения повреждений - разрыв химических связей с образованием высокоактивных в химическом отношении соединений - свободных радикалов, то есть ионов. Вот тут как раз сказывается то, что человеческий организм почти на три четверти состоит из воды. Молекулы воды распадаются под действием излучения на положительный ион Н2О+ и электрон, который может уйти от места рождения на большое в микромире расстояние - до нескольких сот молекулярных диаметров. Что может случиться по дороге с этим электроном? Возможно, он найдет себе пару в лице такого же положительного иона Н2О+ и вновь образуется стабильная молекула воды в процессе рекомбинации. Возможно, он "прицепится" к обычной молекуле воды, так что получится отрицательный ион Н2О -. И положительный, и отрицательный ионы неустойчивы, и после их распадов возникают, в конце концов, стабильные молекулы воды и очень активные в химическом отношении так называемые свободные радикалы - Н+ и ОН-. Вот эти два электрически заряженных "странника" и разрушают живые клетки, взаимодействуя с молекулами белков в процессе окисления, т.е. образуя их соединения с кислородом. Впрочем, интенсивность процесса окисления белковых соединений сильно снижается реакцией рекомбинации, быстро протекающей и вовлекающей большое число ионов воды. Сами же свободные радикалы и служат ускорителями, катализаторами этой реакции, но до определенного предела. Если их концентрация становится выше некоторого порога, реакция рекомбинации замедляется, а свободным радикалам ничего не остается, как вступать в реакции с белками.

Внутреннее облучение намного опаснее внешнего. Это связано с тем, что резко увеличивается время облучения тканей организма - в отличие от внешнего облучения, где доза определяется временем пребывания в зоне радиационного воздействия, при внутреннем облучении время облучения совпадает со временем пребывания радиоактивного вещества в организме. Во-вторых, доза внутреннего облучения резко возрастает из-за практически бесконечно малого расстояния до ионизируемой ткани и увеличения телесного угла почти до 4пи, т.е. ионизирующие частицы распространяются от источника радиации по всем направлениям. В-третьих, введение в организм радиоактивных веществ приводит к тому, что теперь альфа-частицы не поглощаются внешним, более прочным слоем кожи, и становятся наиболее опасными - поскольку линейная плотность ионизации у них исключительно высока. В-четвертых, за редким исключением радионуклиды распределяются по организму избирательно, концентрируясь в отдельных органах и усиливая их локальное облучение. И, наконец, в случае внутреннего облучения невозможно использовать методы защиты, пригодные при внешнем облучении.

Естественно, как и для внешнего облучения, существуют предельно допустимые дозы для внутреннего облучения, которые установлены на основе анализа различных радиационных поражений. Например, известны в истории и тщательно изучены случаи повышенной смертности у шахтеров, работавших на горных разработках еще в 19-м веке. Как выяснилось позднее, после клинических исследований больных горняков и изучения условий их труда, в горных выработках было повышенное содержание газа радона и продуктов его распада в воздухе. Накапливание же радона внутри организма чрезвычайно опасно, поскольку он практически не выводится наружу.


ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ

Беккерель (Бк, Вq);

Кюри (Ки, Си)

1 Бк = 1распад в сек.

1 Ки = 3,7 х 10 10 Бк

Единицы активности радионуклида.
Представляют собой число распадов в единицу времени.

Грей (Гр, Gу);

Рад (рад, rad)

1 Гр = 1 Дж/кг

1 рад = 0.01 Гр

Единицы поглощённой дозы.
Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма.

Зиверт (Зв, Sv)

Бэр (бер, rem) - "биологический эквивалнт рентгена"

1 Зв = 1Гр = 1Дж/кг (для бета и гамма)
1 мкэВ = 1/1000000 эВ
1 бер = 0.01 Зв = 10мэВ

Единицы эквивалентной дозы.
Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения.

Грей в час (Гр/ч);

Зиверт в час (Зв/ч);

Рентген в час (Р/ч)

 

1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма)

1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч

1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч

Единицы мощности дозы.
Представляют собой дозу, полученную организмом за единицу времени.

 

Генетические последствия облучения


Изучение генетических последствий облучения связано с еще большими трудностями, чем в случае рака. Во-первых, мало известно о том, какие повреждения возникают в генетическом аппарате человека при облучении; во-вторых, полное выявление всех наследственных дефектов происходит лишь на протяжении многих поколений; и, в-третьих, как и в случае рака, эти дефекты невозможно отличить от тех, которые возникли по другим причинам.

Около 10% всех живых новорожденных имеют те или иные генетические дефекты, начиная от необременительных физических недостатков типа дальтонизма и кончая такими тяжелыми состояниями, как синдром Дауна, хорея Гентингтона и различные пороки развития. Многие из эмбрионов и плодов с тяжелыми наследственными нарушениями не доживают до рождения; согласно имеющимся данным, около половины всех случаев спонтанного аборта связаны с аномалиями в генетическом материале. Но даже если дети с наследственными дефектами рождаются живыми, вероятность для них дожить до своего первого дня рождения в пять раз меньше, чем для нормальных детей.

Генетические нарушения можно отнести к двум основным типам: хромосомные аберрации, включающие изменения числа или структуры хромосом, и мутации в самих генах. Генные мутации подразделяются далее на доминантные (которые проявляются сразу в первом поколении) и рецессивные (которые могут проявиться лишь в том случае, если у обоих родителей мутантным является один и тот же ген; такие мутации могут не проявиться на протяжении многих поколений или не обнаружиться вообще). Оба типа аномалий могут привести к наследственным заболеваниям в последующих поколениях, а могут и не проявиться вообще.

Более чем среди 27000 детей, родители которых получили относительно большие дозы во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки, были обнаружены лишь две вероятные мутации, а среди примерно такого же числа детей, родители которых получили меньшие дозы, не отмечено ни одного такого случая. Среди детей, родители которых были облучены в результате взрыва атомной бомбы, не было также обнаружено статистически достоверного прироста частоты хромосомных аномалий. И хотя в материалах некоторых обследований содержится вывод о том, что у облученных родителей больше шансов родить ребенка с синдромом Дауна, другие исследования этого не подтверждают.

Сейчас много говорят о возможной мутации человека, под действием облучения. Это говорит, что вредное воздействие существует всегда, независимо от величины дозы, т.е. даже при исключительно малых дозах облучения. Но существуют научные данные, противоречащие этой гипотезе. В радиационной генетике недавно обнаружены явления восстановления генетических структур, происходящие в клетке после прекращения действия радиации. Этот научный факт делает гораздо более вероятной гипотезу о наличии порога воздействия излучения. Т.е. излучение может произвести какие-либо изменения в структуре гена только в том случае, когда интенсивность облучения больше порога облучения. При меньших дозах вредных последствий облучения не наблюдается. О радиационной устойчивости гена говорит и сам факт развития и совершенствования человечества в условиях естественного радиационного фона.

Итак, подводя итог выше сказанному можно сделать следующие выводы:
- Действие радиации не ощутимо человеком.

- Малые количества поглощённой энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме.

- При облучении идёт скрытый (инкубационный) период действия радиации.

- Действие от малых доз может суммироваться и накапливаться в организме, неизбежно приводя к лучевому заболеванию.

- Излучение действует не только на данный организм, но и на его потомство.
- Различные органы живого организма, имеют свою чувствительность к облучению.
- Степень поражения организма зависит от размера облучённой поверхности.

По заключению Международной комиссии по радиационной защите на 1990 г. вредные эффекты могут наступать при эквивалентных дозах не менее 1,5 Зв (150 бэр) полученных в течение года, а в случаях кратковременного облучения - при дозах выше 0,5 Зв (50 бэр). Различают хроническую и острую (при однократном массивном воздействии) формы лучевой болезни. Острую лучевую болезнь по тяжести подразделяют на четыре степени, начиная от дозы 1-2 Зв (100-200 бэр, 1-я степень) до дозы более 6 Зв (600 бэр, 4-я степень). Четвертая степень может закончиться летальным исходом.

На первой стадии болезнь начинается исподволь, без жалоб, хотя состав крови уже меняется. Затем появляются жалобы на общее недомогание, слабость, расстройства аппетита и сна, сухость и шелушение кожи, ломкость костей, но более закономерными являются изменения крови. Далее эти симптомы становятся ещё более выраженными, прибавляются головные боли, ухудшения памяти, неприятные ощущения в области сердца, ослабление полового чувства, бессонница. Теперь, если контакт с радиацией не прекращён и не производится лечение, наступает третья стадия - малообратимые признаки - апатия, безразличие к окружающему, упорные головные боли, тошнота, рвота, мелкие кровоизлияния во внутренние органы, резкое снижение памяти, полное нарушение сна. Здесь больные уже не выздоравливают. Последняя стадия - на месте многочисленных кровоизлияний возникают язвы, сопротивляемость к инфекциям практически исчезает.

Уместно добавить, что, конечно, нисколько нельзя закрывать глаза на реальную опасность для человека облучения сверх установленных пороговых доз. Но нужно помнить и то, что сам человек сформировался в условиях радиации, так что этот невидимка, кусающий или щипающий человека внутри или снаружи, прекрасно знаком человеку. Просто характер невидимки и способы избежать его укусов и щипков стали предметом изучения не так давно. Дело еще и в том, что невидимое воздействие представляется нам много опаснее видимого - от видимого врага, как кажется, проще защититься.


Атом выходит из-под контроля.


Несомненный вред радиации, особенно в высоких дозах, сегодня известен всем. Поэтому при проектировании, строительстве и эксплуатации атомных электростанций полагается уделять максимум внимания вопросам безопасности и экологическим проблемам. Если ситуация на АЭС не выходит из-под контроля, то их вредное влияние на здоровье людей сопоставимо с действием угольных электростанций или удобрений.

Предусматриваются различные меры, направленные на то, чтобы радиоактивный "джинн" не вырвался на волю и не натворил беды. Тем не менее, из-за просчетов проектировщиков и конструкторов атомных реакторов, а порой - из-за роковых ошибок персонала атомных станций происходят аварии - большие и малые. Самая страшная из них произошла 26 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС, расположенной близ границы Украины и Белоруссии.

Авария на четвертом блоке Чернобыльской АЭС привела к разрушению активной зоны реактора и части здания, в котором он был расположен. Государственная комиссия провела расследование причин взрыва, и пришла к выводу: авария произошла во время эксперимента, к проведению которого персонал АЭС был не подготовлен.

Сейчас заключение госкомиссии подвергается сомнению, многие независимые эксперты усматривают в нем предвзятость и даже элементы фальсификации. Видимо, никто и никогда не узнает, почему реактор перешел в непредсказуемое состояние, при котором аварийная защита перестала гарантировать остановку ядерной реакции. Результат - взрыв и пожар, расплавление и распыление радиоактивного "топлива", ужасные последствия для Украины, Белоруссии, соседних европейских стран.

"Третий Ангел вострубил, и упала с неба большая звезда, горящая подобно светильнику, и пала она на третью часть рек и на источники вод. Имя сей звезде "полынь"; и третья часть вод сделалась полынью, и многие из людей умерли от вод, потому что они стали горьки". Таковы строки из Откровения Иоанна Богослова - "Апокалипсиса". Не о Чернобыльской ли катастрофе сказано в пророчестве? Ведь полынь по-украински – чернобыль.

В результате чернобыльского взрыва в окружающее пространство было выброшено колоссальное количество радиоактивных веществ. Перемещение в атмосфере радиоактивного облака, осаждение радионуклидов с пылью и дождем, распространение почвенных и поверхностных вод, загрязненных радиоактивными изотопами, - все это привело к облучению сотен тысяч человек на территории свыше 23 тыс. км2.

В самый момент взрыва погиб оператор ЧАЭС Валерий Ходемчук. Ночью 26 апреля он услышал низкий страшный гул в помещении главного циркуляционного насоса и поднялся туда выяснить обстановку. Через несколько минут обломки бетонных блоков стали его надгробием. Несколько десятков пожарных и специалистов - ликвидаторов аварии, работавших на расчистке территории разрушенного четвертого блока станции от обломков графита, радиоактивной пыли и кусков ядерного горючего, погибли от острой лучевой болезни. Еще несколько сотен человек были признаны больными острой лучевой болезнью.
С огромными трудностями был построен "саркофаг" - уникальное сооружение из бетона и стали, изолирующее взорвавшийся блок ЧАЭС от окружающей среды. Дезактивация зоны радиоактивного поражения продолжается и по сей день, и этой работе не видно конца. Эта зона включает в себя два города (Чернобыль и Припять), около 80 брошенных сел с домами, фермами, мастерскими, сельскохозяйственной техникой. В зоне находятся 800 "могильников", где «похоронены» автомобили, трактора, бульдозеры, экскаваторы и даже танки, набравшие такие дозы радиации, что их уже невозможно дезактивировать.
Люди, подвергшиеся облучению в результате Чернобыльской аварии, теряют здоровье и страдают от множества болезней, вызванных не только радиацией, но и психологическим шоком.

Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС. Однако, несмотря на их тяжесть, в целом вероятность таких аварий невелика. С момента появления атомной энергетики произошло не более трех десятков аварий, и лишь в четырех случаях имел место выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Однако масштабы загрязнений, сопутствующих таким авариям, часто приобретают глобальный характер.

До Чернобыльской катастрофы все, что связано с применением атомной энергии (даже в мирных целях) было окружено завесой секретности. Неудивительно, что многие критические ситуации в этой области стали известны человечеству только через 30-40 лет, в 90-х годах XX века.

Вот только один из примеров этого ряда.

29 сентября 1957 года на комбинате "Маяк" вышла из строя система охлаждения бетонной емкости, где собирались жидкие отходы с высокой радиоактивностью. В результате произошел взрыв, и радиоактивные вещества попали в атмосферу. Они рассеялись и осели на территории Челябинской, Свердловской и Тюменской области. Длина радиоактивного следа достигла 200 км, ширина - 8-9 км. По счастливой случайности, след прошел по малонаселенной местности.

В последующие годы была проведена глубокая вспашка полей с захоронением загрязненной почвы на глубину более полуметра. Постепенно и очень медленно эти земли возвращаются в сельскохозяйственный оборот. Воздействие этого выброса на здоровье людей оценить довольно трудно, поскольку в этих районах действуют многочисленные металлургические и химические предприятия, загрязняющие атмосферу оксидами серы.


Радиоактивный «мусор».


Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой - безопасное хранение отходов.

Отходы любой отрасли промышленности при огромных масштабах производства энергии, различных изделий и материалов создают огромную проблему. Загрязнение окружающей среды и атмосферы во многих районах нашей планеты внушает тревогу и опасения. Речь идет о возможности сохранения животного и растительного мира уже не в первозданном виде, а хотя бы в пределах минимальных экологических норм.

Радиоактивные отходы образуются почти на всех стадиях ядерного цикла. Они накапливаются в виде жидких, твердых и газообразных веществ с разным уровнем активности и концентрации. Большинство отходов являются низкоактивными: это вода, используемая для очистки газов и поверхностей реактора, перчатки и обувь, загрязненные инструменты и перегоревшие лампочки из радиоактивных помещений, отработавшее оборудование, пыль, газовые фильтры и многое другое.

Газы и загрязненную воду пропускают через специальные фильтры, пока они не достигнут чистоты атмосферного воздуха и питьевой воды. Ставшие радиоактивными фильтры перерабатывают вместе с твердыми отходами. Их смешивают с цементом и превращают в блоки или вместе с горячим битумом заливают в стальные емкости.

Труднее всего подготовить к долговременному хранению высокоактивные отходы. Лучше всего такой "мусор" превращать в стекло и керамику. Для этого отходы прокаливают и сплавляют с веществами, образующими стеклокерамическую массу. Рассчитано, что для растворения 1 мм поверхностного слоя такой массы в воде потребуется не менее 100 лет.
В отличие от многих химических отходов, опасность радиоактивных отходов со временем снижается. Большая часть радиоактивных изотопов имеет период полураспада около 30 лет, поэтому уже через 300 лет они почти полностью исчезнут. Так что для окончательного удаления радиоактивных отходов необходимо строить такие долговременные хранилища, которые позволили бы надежно изолировать отходы от их проникновения в окружающую среду до полного распада радионуклидов. Такие хранилища называют могильниками.

Необходимо учитывать, что высокоактивные отходы долгое время выделяют значительное количество теплоты. Поэтому чаще всего их удаляют в глубинные зоны земной коры. Вокруг хранилища устанавливают контролируемую зону, в которой вводят ограничения на деятельность человека, в том числе бурение и добычу полезных ископаемых.

Предлагался еще один способ решения проблемы радиоактивных отходов - отправлять их в космос. Действительно, объем отходов невелик, поэтому их можно удалить на такие космические орбиты, которые не пересекаются с орбитой Земли, и навсегда избавиться радиоактивного загрязнения. Однако этот путь был отвергнут из-за опасности непредвиденного возвращения на Землю ракеты-носителя в случае возникновения каких-либо неполадок.

В некоторых странах серьезно рассматривается метод захоронения твердых радиоактивных отходов в глубинные воды океанов. Этот метод подкупает своей простотой и экономичностью. Однако такой способ вызывает серьезные возражения, основанные на коррозионных свойствах морской воды. Высказываются опасения, что коррозия достаточно быстро нарушит целостность контейнеров, и радиоактивные вещества попадут в воду, а морские течения разнесут активность по морским просторам.

Опасности «мирной» радиации


Опасности, связанные с ядерной энергетикой, в действительности находятся под очень тщательным контролем. Однако объяснить обычному человеку, что абсолютной гарантии безопасности не может быть ни в одной из сфер деятельности человека, — дело грудное. Это, конечно, применимо и к атомной энергетике, но никоим образом не ограничивает данный новый вид получения электроэнергии. Проблему надо объяснить просто, но убедительно, показав, что риск, существующий при работе атомных электростанций, очень мал и приемлем, когда он сравнивается с множеством различных опасностей, сознательно или бессознательно принимаемых средним горожанином, ведущим активную или спокойную жизнь, и особенно, когда этот риск сопоставляется с приносимой пользой и альтернативными решениями.

По-видимому, необходимо создать авторитетную инициативную группу, которая сможет повлиять на политику, группу — сравнимую по активности с обществом защитников окружающей среды, концентрирующую свое внимание на использовании рентгеновских лучей в медицине и стоматологии. В настоящее время врачи назначают рентгенографию бесконтрольно, как им заблагорассудится. Надзор за использованием радиации в медицине намного слабее того, что обычно осуществляют в области атомной энергетики. Как правило, там требования выше и постоянно совершенствуются. Профессиональные рентгенологи ревниво дорожат своей репутацией и пытаются свести до минимума число необоснованного или неправильного применения облучения. Когда рентгеновская процедура нужна для облегчения постановки диагноза заболевания, небольшой риск при этом становится еще незначительнее на фоне той незамедлительной пользы, которую в данном случае приносит облучение. К сожалению, есть немногие исключения из этого правила, где медицинская помощь служит предметом торговли. Трудно сдержать стремление врача назначать излишние рентгенограммы, когда доход прямо пропорционален числу сделанных снимков. Полагают, что 7 из всех рентгенограмм произведены неоправданно с точки зрения медицины и сделаны с финансовых соображений или для перестраховки, чтобы не допустить преступной небрежности. Целесообразность массовых рентгенологических обследований населения, таких как маммография или обычная рентгенография грудной клетки, остается открытой для споров. Ценность подобных приемов обследования определенно не доказана; но ими особенно склонны злоупотреблять. И если сегодня есть повод бороться против применения радиации, то, конечно, он должен реализоваться в этой области.

В общем, польза, которую приносит человеку применение медицинского рентгеновского облучения, реальна и имеет большое значение. Соотношение ее с риском незначительно и его трудно продемонстрировать. Пока это остается именно так, использование радиации будет непрерывно возрастать с признанием, что она не только надежный друг, но и, возможно, смертельный враг.

Люди настороженно относятся к мирному атому. Когда в США провели опрос среди домохозяек и студентов вузов: «Что, на ваш взгляд, является самым опасным для жизни?» – почти все ответили: «Атомная энергия и промышленность». На самом деле, по той же американской статистике, чаще всего смерть подстерегает курильщика, в том числе пассивного: ежегодно в мире жертвами никотина становятся 2–3 человека на каждые 100 тысяч. На 2-м месте по опасности – неумеренное потребление крепких алкогольных напитков; на 3-м – гибель в автомобильных катастрофах. Чуть ниже – смерть от огнестрельного оружия, неосторожного обращения с электричеством. Затем – плавание, медицинские ошибки, железнодорожные и авиакатастрофы. И почти в самом конце «опасного списка» – атомная промышленность и энергетика: от последствий радиации, включая аварии, в год умирает 0,05 человека на каждые 100 тысяч населения.

Эффективной защитой против радиации в малых и средних дозах является селен. Он содержится в пшенице, белом хлебе, орехах кешью, редиске. Если человек по медицинским показаниям подвергается облучению, работает на вредном производстве, связанном с радиационным риском, живет в экологически неблагоприятном регионе, проводит много времени у телевизора, за компьютером, пользуется радиотелефоном, то ему необходимо включать в свой рацион биологически активные добавки, содержащие водоросли хлореллу или ламинарию. А еще хорошая профилактика отдаленных последствий радиационного воздействия – препараты, вырабатываемые из оленьих рогов.


Перспективы атомной энергетики


В настоящее время наша страна несколько отстала от передовых стран мира в области развития атомной энергетики по всем параметрам. Конечно, от ядерной энергетики можно вообще отказаться. Тем самым будет полностью устранена опасность облучения людей и угроза ядерных аварий. Но тогда для удовлетворения потребностей в энергии придется наращивать строительство ТЭЦ и ГЭС. А это неизбежно приведет к большому загрязнению атмосферы вредными веществами, к накоплению в атмосфере избыточного количества углекислого газа, изменению климата Земли и нарушению теплового баланса в масштабах всей планеты. Между тем призрак энергетического голода начинает реально угрожать человечеству.

Радиация - грозная и опасная сила, но при должном отношении с ней вполне можно работать. Характерно, что меньше всего боятся радиации те, кто постоянно имеет с ней дело и хорошо знает все связанные с ней опасности. В этом смысле интересно сравнить статистику и интуитивную оценку степени опасности различных факторов повседневной жизни. Так, установлено, что наибольшее число человеческих жизней уносят курение, алкоголь и автомобили. Между тем, по оценке людей из групп населения, различных по возрасту и образованию, наибольшую опасность жизни несут атомная энергетика и огнестрельное оружие (урон, приносимый человечеству курением и алкоголем, явно недооценивается).
Специалисты, которые могут наиболее квалифицированно оценить достоинства и возможности использования ядерной энергетики, считают, что человечеству уже не обойтись без энергии атома. Ядерная энергетика - один из наиболее перспективных путей утоления энергетического голода человечества в условиях энергетических проблем, связанных с использованием ископаемого горючего топлива.


Список используемой литературы

  1. Савельев И.В. Курс общей физики, книга 5, М., 1998;
  2. Верещинский И. В., Пикаев А. К., Введение в радиационную химию, М., 1963;
  3. Бреслер С. Е., Введение в молекулярную биологию, М. —Л., 1966;
  4. Домшлак М. П., Очерки клинической радиологии, М., 1960;
  5. Трапезников А. К., Рентгенодефектоскопия, М., 1948
  6. Большая Советская энциклопедия, Электронное издание, М. 2003.