Известно, что радиоактивные излучения при определенных условиях могут представлять опасность для здоровья живых организмов. В чем причина негативного воздействия радиации на живые существа?
Дело в том, что а-, |3- и у-частицы, проходя через вещество, ионизируют его, выбивая электроны из молекул и атомов. Ионизация живой ткани нарушает жизнедеятельность клеток, из которых эта ткань состоит, что отрицательно сказывается на здоровье всего организма.
Степень и характер отрицательного воздействия радиации зависят от нескольких факторов, в частности, от того, какая энергия передана потоком ионизирующих частиц данному телу и какова масса этого тела. Чем больше энергии получает человек от действующего на него потока частиц и чем меньше при этом масса человека (т. е. чем большая энергия приходится на каждую единицу массы), тем к более серьезным нарушениям в его организме это приведет.
Энергия ионизирующего излучения, поглощенная облучаемым веществом (в частности, тканями организма) и рассчитанная на единицу массы, называется поглощенной дозой излучения (D).
Поглощенная доза излучения D равна отношению поглощенной телом энергии Е к его массе m:
D = Е / m (1)
В СИ единицей поглощенной дозы излучения является грэй (Гр).
Из формулы (1) следует, что 1 Гр = 1 Дж / 1 кг . Это означает, что поглощённая доза излучения будет равна 1 Гр, если веществу массой 1 кг передается энергия излучения в 1 Дж.
1 Гр равен дозе излучения, при которой облучённому веществу массой 1 кг передаётся энергия 1 Дж. 1 Гр = 1 Дж/кг = 104 эрг/г = 102 рад.
В определенных случаях (например, при облучении мягких тканей живых существ рентгеновским или у-излучением) поглощенную дозу можно измерять в рентгенах (Р): 1 Гр соответствует приблизительно 100 Р.
Известно, что чем больше поглощенная доза излучения, тем больший вред (при прочих равных условиях) может нанести организму это излучение.
Но для достоверной оценки тяжести последствий, к которым может привести действие ионизирующих излучений, необходимо учитывать также, что при одинаковой поглощенной дозе разные виды излучений вызывают разные по величине биологические эффекты.
Биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, принято оценивать по сравнению с эффектом от рентгеновского или от у-излучения. Например, при одной и той же поглощенной дозе биологический эффект от действия а-излучения будет в 20 раз больше, чем от у-излучения, от действия быстрых нейтронов эффект может быть в 10 раз больше, чем от у-излучения, от действия (3-излучения — такой же, как от у-излучения.
В связи с этим принято говорить, что коэффициент качества (К) а-излучения равен 20, вышеупомянутых быстрых нейтронов — 10, при том, что коэффициент качества у-излучения (так же, как рентгеновского и (3-излучения) считается равным единице. Таким образом,
коэффициент качества К показывает, во сколько раз радиационная опасность от воздействия на живой организм данного вида излучения больше, чем от воздействия у-излучения (при одинаковых поглощенных дозах).
В связи с тем, что при одной и той же поглощенной дозе разные излучения вызывают различные биологические эффекты, для оценки этих эффектов была введена величина, называемая эквивалентной дозой (Н).
Эквивалентная доза Н определяется как произведение поглощенной дозы D на коэффициент качества К:
Н = D • К. (2)
Эквивалентная доза может измеряться в тех же единицах, что и поглощенная, однако для ее измерения существуют и специальные единицы. В Международной системе единиц единицей эквивалентной дозы служит зиверт (Зв). Применяются также дольные единицы, такие как миллизиверт (мЗв), микрозиверт (мкЗв) и др.
Из формулы (2) понятно, что для рентгеновского, у- и (3-излучений (для которых К = 1) 1 Зв соответствует поглощенной дозе в 1 Гр, а для всех остальных видов излучения — дозе в 1 Гр, умноженной на соответствующий данному излучению коэффициент качества.
При оценке воздействий ионизирующих излучений на живой организм учитывают и то, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие. Например, при одинаковой эквивалентной дозе возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Другими словами, каждый орган и ткань имеют определенный коэффициент радиационного риска (для легких, например, он равен 0,12, а для щитовидной железы — 0,03).
Поглощенная и эквивалентная дозы зависят и от времени облучения (т. е. от времени взаимодействия излучения со средой). При прочих равных условиях эти дозы тем больше, чем больше время облучения, т. е. дозы накапливаются со временем.
При оценке степени опасности, которую радиоактивные изотопы представляют для живых существ, важно учитывать и то, что число радиоактивных (т. е. еще не распавшихся) атомов в веществе уменьшается с течением времени. При этом пропорционально уменьшается число радиоактивных распадов в единицу времени и излучаемая энергия.
Энергия, как мы уже знаем, является одним из факторов, определяющих степень отрицательного воздействия излучения на человека. Поэтому так важно найти количественную зависимость (т. е. формулу), по которой можно было бы рассчитать, сколько радиоактивных атомов остается в веществе к любому заданному моменту времени.
Для вывода этой зависимости необходимо знать, что скорость уменьшения количества радиоактивных ядер у разных веществ различна и зависит от физической величины, называемой периодом полураспада.
Период полураспада (Т) — это промежуток времени, в течение которого исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.
Выведем зависимость числа N радиоактивных атомов от времени t и периода полураспада Т. Время будем отсчитывать от момента начала наблюдения t0 = 0, когда число радиоактивных атомов в источнике излучения было равно N0. Тогда через промежуток времени t1 = 1 • Т
Формула N = N0 / 2n называется
законом радиоактивного
распада. Ее можно записать и в другом виде, например,
.
Из последней формулы следует, что чем больше Г, тем меньше
, и тем больше
N (при заданных значениях N0 и t). Значит, чем больше период полураспада элемента, тем дольше он «живет» и излучает, представляя опасность для живых организмов. В этом со всей наглядностью убеждают представленные на рисунке графики зависимости N от t, построенные для изотопов
йода (131J, TJ = 120 сут.) и селена (75Se, TSe = 120 сут.).
Следует знать способы защиты от радиации. Радиоактивные препараты ни в коем случае нельзя брать в руки — их берут специальными щипцами с длинными ручками.
Легче всего защититься от а-излучения, так как оно обладает низкой проникающей способностью и поэтому задерживается, например, листом бумаги, одеждой, кожей человека. В то же время а-частицы, попавшие внутрь организма (с пищей, воздухом, через открытые раны), представляют большую опасность.
|3-Излучение имеет гораздо большую проникающую способность, поэтому от его воздействия труднее защититься. Р-Излучение может проходить в воздухе расстояние до 5 м; оно способно проникать и в ткани организма (примерно на 1—2 см). Защитой от (3-излучения может ел у жить, например, слой алюминия толщиной в несколько миллиметров.
Еще большей проникающей способностью обладает у-излучение, оно задерживается толстым слоем свинца или бетона. Поэтому у-радиоактивные препараты хранят в толстостенных свинцовых контейнерах. По этой же причине в ядерных реакторах используют толстый бетонный слой, защищающий людей от у-лучей и различных частиц (а-частиц, нейтронов, осколков деления ядер и пр.).
1. В чем причина негативного воздействия радиации на живые существа?
2. Что называется поглощенной дозой излучения? По какой формуле она определяется и в каких единицах измеряется?
3. При большей или меньшей дозе излучение наносит организму больший вред, если все остальные условия одинаковы?
4. Одинаковый или различный по величине биологический эффект вызывают в живом организме разные виды ионизирующих излучений? Приведите примеры.
5. Что показывает коэффициент качества излучения? Чему он равен для а-, (3-, у- и рентгеновского излучений?
6. В связи с чем и для чего была введена величина, называемая эквивалентной дозой излучения? По какой формуле она определяется и в каких единицах измеряется?
7. Какой еще фактор (помимо энергии, вида излучения и массы тела) следует учитывать при оценке воздействий ионизирующих излучений на живой организм?
8. Какой процент атомов радиоактивного вещества останется через 6 суток, если период его полураспада равен 2 суткам?
9. Расскажите о способах защиты от воздействия радиоактивных частиц и излучений.
