Влияние радиации на организм человека. Действие гамма-излучения на организм человека

Невидимые лучи проникают сквозь все предметы вокруг и сквозь нас самих. Мы их никак не воспринимаем и не чувствуем. Защититься от них невозможно, они неуловимы и всепроникающи. Они могут излечивать и могут убивать, могут способствовать рождению невиданных ранее существ на земле и приводить к возникновению новых звёздных скоплений в отдалённых уголках нашей галактики.

Ионизирующее излучение

Всё это- не фрагмент бреда сумасшедшего, взятый из истории его болезни и не краткий синопсис очередного голливудского боевика. Это окружающая нас реальность, которая называется радиоактивное или ионизирующее излучение, если коротко — радиация.

Явление радиоактивности в общих чертах было сформулировано французским физиком А. Беккерелем в 1896 году. Конкретизировал это явление и более подробно описал Э. Резерфорд в 1899 году. Именно он смог установить, что радиоактивное излучение неоднородно по своей природе и состоит, как минимум, из трёх видов лучей. Эти лучи по-разному отклонялись в магнитном поле и поэтому получили разное название. Проникающая способность альфа, бета и гамма-излучения различна.

Альфа-лучи

В магнитном поле они отклоняются так же, как и и положительно заряженные частицы. В дальнейшем было выяснено что это тяжёлые, положительно заряженные ядра атомов гелия. Возникают при распаде более сложных атомных ядер, например, урана, радия или тория. Обладают большой массой и относительно низкой скоростью излучения. Это обуславливает их невысокую проникающую способность. Они не могут проникнуть даже сквозь лист бумаги.

Но при этом альфа-частицы обладают очень большой ионизирующей энергией, что является причиной их способности наносить очень серьёзные повреждения на клеточном уровне. Из всех видов лучей именно альфа характеризуются самыми тяжёлыми последствиями в случае их воздействия на организм.

Это разрушающее влияние случается только в случае непосредственного контакта с предметами, излучающими альфа-лучи. На практике это происходит в результате попадания радиоактивных элементов внутрь организма через желудочно-кишечный тракт при приёме пищи или воды, а также при вдыхании воздуха, насыщенного радиоактивной пылью. Кроме того альфа-частицы могут легко проникнуть в организм через повреждения кожных покровов. Разносясь с током крови по всему организму, они обладают способностью накапливаться, оказывая сильнейшее разрушающее воздействие в течение многих лет.

Необходимо иметь в виду, что попадающие в организм радиоактивные вещества, не выводятся из него самостоятельно. Человеческий организм практически никак не защищён от подобного рода проникновений. Он не может нейтрализовать, переработать, усвоить или вывести самостоятельно радиоактивный изотоп, попавший внутрь.

Бета-лучи

Отклоняются в ту же сторону что и отрицательно заряженные частицы. Источником бета-излучения являются внутриядерные процессы, связанные с превращением протона в нейтрон и наоборот- нейтрона в протон. При этом происходит излучение электрона или позитрона. Скорость распространения довольно высокая и приближается к скорости света. Бета-излучение обладает гораздо большей проникающей способностью, чем альфа-излучение, но ионизирующее воздействие выражено гораздо слабее.

Бета-излучение легко проникает сквозь одежду, но тонкий лист металла или средней толщины деревянный брусок полностью останавливают его. В отличие от альфа-излучения, бета-лучи способны наносить дистанционное поражение на расстоянии нескольких десятков метров от источника радиации.

Гамма- лучи

Эти лучи оказались нейтрально заряженными и никак не отклонялись в магнитном поле. Гамма-излучение представляет собою электромагнитную энергию, излучаемую в виде фотонов. Эта энергия освобождается в момент изменения энергетического состояния ядра атома.

Данный вид излучения характеризуется высокой скоростью, равной скорости света и крайне высокой проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-излучение необходимы толстые бетонные стены. Парадокс состоит в том, что данный вид лучей менее всего способен оказывать разрушающее действие на организм. Их ионизирующее воздействие в сотни раз слабее бета-излучения и в десятки тысяч раз слабее альфа-излучения. Но способность преодолевать значительные расстояния и высокие проникающие свойства делают эти лучи потенциально наиболее опасными для человека. Поэтому остановимся на этом виде излучения более подробно.

Биологические эффекты[ | ]

Облучение гамма-квантами в зависимости от дозы и продолжительности может вызвать хроническую и острую лучевую болезнь. Стохастические эффекты облучения включают различные виды онкологических заболеваний. В то же время гамма-облучение подавляет рост раковых и других быстро делящихся клеток при локальном воздействии на них. Гамма-излучение является мутагенным и тератогенным фактором.

Защита[ | ]

Защитой от гамма-излучения может служить слой вещества. Эффективность защиты (то есть вероятность поглощения гамма-кванта при прохождении через неё) увеличивается при увеличении толщины слоя, плотности вещества и содержания в нём тяжёлых ядер (свинца, вольфрама, обеднённого урана и пр.).

В таблице ниже указаны параметры слоя половинного ослабления[en] гамма-излучения с энергией 1 МэВ для различных материалов:

Хотя эффективность поглощения и зависит от материала, первоочередное значение имеет просто удельный вес.

Гамма-излучение

Является разновидностью электромагнитного излучения. Обладает очень малой длиной волны. В результате этого у него сильно выражены корпускулярные свойства и крайне слабо выражены свойства волновые. Малая длина волны обуславливает очень большое количество энергии, присущей этому виду излучения. Относится к так называемой группе ионизирующих излучений, к которой также принадлежат альфа, бета, рентгеновское и нейтронное. В то же время видимый свет и ультрафиолетовое излучение не являются ионизирующими, как и инфракрасное или излучение радиодиапазонов. Гамма-излучение — это поток нейтральных частиц в виде электромагнитных волн.

Процесс ионизации

В обычном состоянии внутриатомное ядро и вращающиеся вокруг него электроны представляют из себя довольно устойчивую систему с нейтральным зарядом, так как положительный заряд атома уравновешивается отрицательным зарядом электронов. Чтобы нарушить это равновесие необходимо выбить из атома один или несколько электронов. В результате атом перестаёт быть нейтральным и приобретает некоторый заряд или квант, который может быть как положительным, так и отрицательным.

Атом становится ионом с соответствующим зарядом, а сам процесс выбивания электронов из атома называется процессом ионизации.

Радиация или ионизирующее излучение — это поток частиц которые способны выбить электроны из атома и тем самым придать ему особые свойства, резко отличающиеся от обычных.

Разрушающее воздействие радиации

Под радиацией прежде всего понимают именно гамма-излучение, свойства которого делают его самым опасным из всех существующих видов. Разрушающее воздействие проявляется в следующем:

• 

  Оно приводит к образованию ионов, которые, в свою очередь, сами делаются источниками ионизации. Возникает своего рода цепная реакция, которую крайне тяжело остановить.

• Под воздействием излучения происходят разрушения на молекулярном уровне, что приводит к образованию эндогенных ядов, которые начинают отравлять организм изнутри.
• Многократно увеличиваются генные мутации, который приводят к возникновению патологически изменённых клеточных новообразований.
• Наиболее восприимчивыми к повреждениям оказываются клетки, способные к быстрому делению. В результате генные мутации быстро передаются новым поколениям клеток.
• В первую очередь страдают кроветворная, пищеварительная и репродуктивная системы.

Источники излучения

Можно выделить несколько потенциально опасных источников гамма-излучения. Некоторые из них существовали задолго до появления человека и существуют до сих пор, а некоторые являются искусственно созданными самим человеком для своих нужд:

• Внешние естественные источники. Космические лучи и солнечная радиация. Источники на поверхности земли в определённых местах залегания радиоактивных пород.
• Внутренние источники — попадают в наш организм с водой или продуктами питания, а также в результате вдыхания радиоактивной пыли.
• Внешние искусственные источники. Все являются продуктами современной техногенной цивилизации. Это предприятия ядерной энергетики, горнодобывающие заводы, специализирующиеся на добыче и обогащении урана. Сюда же можно отнести приборы и инструменты, которые содержат в своём составе некоторое количество радиоактивных веществ и являются потенциальными излучателями.

Высокий уровень радиации может наблюдаться в высокогорной местности, вблизи действующих вулканов, в кабинах авиалайнеров во время полёта на больших высотах или в космических кораблях.

Необходимо иметь в виду, что существует определённый запас прочности, в пределах которого организм способен комфортно себя чувствовать, не испытывая негативного воздействия радиации. Этот запас индивидуален для каждого конкретного человека.

Мирный атом

Как и всякое сложное и неоднозначное явление природы, излучение несёт в себе не только смерть, погибель и разрушение, но и пользу. Гамма-лучи нашли очень широкое применение в повседневной жизни человека:

• В медицине производят высокоэффективную стерилизацию инструментов и перевязочного материала.
• В онкологии нашло широкое применение свойство гамма-лучей вызывать глубокую ионизацию и последующее разрушение живых клеток. Раковые клетки характеризуются безудержным хаотичным делением и соответствующим ростом. В этом случае гамма-излучение применение нашло в качестве оружия последнего шанса, когда другие методы оказываются бессильными, и оказывают своё разрушающее воздействие на данные виды клеток.
• В высокоточных отраслях промышленности, например, в космической, с помощью гамма-лучей проверяют скрытые дефекты в металлических изделиях.
• В горнодобывающей промышленности замеряют глубину залегания горных пород и в последующем определяют глубину бурения.
• В сельском хозяйстве с помощью строго дозированного потока гамма-лучей, направленных на семена определённых растений, вызывают искусственные мутации с целью получения растений с новыми свойствами- например, устойчивых к засухе или к низким температурам.
• С помощью гамма-лучей определяют траекторию, скорость и расстояния во время пилотирования космических аппаратов.

Защита от пагубного воздействия

Как правило, все природные источники повышенного излучения не представляют особой опасности для человека в силу своей труднодоступности. Гораздо большую опасность представляют искусственно созданные источники, такие как атомные электростанции, предприятия по добыче и обогащению урана, предметы домашнего быта, содержащие в своём устройстве те или иные вещества, излучающие гамма-лучи.

На всех предприятиях, связанных с повышенным радиационным фоном, осуществляют следующие меры защиты:

• 

  Строго регламентируется время и частота контакта с источником излучения.

• Для работы в очаге излучения используют специальную защитную одежду, а по окончании работы проходят многоуровневую систему интоксикации.
• При возведении строений в очаге излучения или вблизи него используют специальные материалы, эффективно задерживающие данный вид излучения. К таким материалам относятся высокопрочный армированный бетон, чистый свинец и свинцовое стекло, а также некоторые виды специальных сталей.
• При работе в зонах с одновременно повышенной радиацией и высокой температурой, например, в термоядерном реакторе, свинец не может применяться, так как обладает низкой температурой плавления, поэтому в этих случаях применяют более дорогостоящие редкоземельные металлы — такие как вольфрам и тантал.

Использование[ | ]

Области применения гамма-излучения:

• Гамма-дефектоскопия — контроль изделий просвечиванием γ-лучами.
• Пищевая промышленность: консервирование пищевых продуктов (гамма-стерилизация для увеличения срока хранения)[6].
• Медицина: стерилизация медицинских материалов и оборудования; лучевая терапия; радиохирургия.
• Гамма-каротаж в геофизике.
• Приборы для измерения расстояний: уровнемеры, гамма-высотомеры на космических аппаратах.
• Гамма-астрономия.

Способы защиты

Земля обладает естественным механизмом защиты от космической радиации, это озоновый слой и верхние слои атмосферы.

Те лучи, которые, обладая огромными скоростями, проникают в защищённое пространство земли, не причиняют большого вреда живым существам. Наибольшую опасность представляют источники и гамма-радиация, полученная в земных условиях.

Самым главным источником опасности радиационного заражения остаются предприятия, где под контролем человека осуществляется контролируемая ядерная реакция. Это атомные электростанции, где производится энергия для обеспечения населения и промышленности светом и теплом.

Для обеспечения работников этих объектов принимаются самые серьёзные меры. Трагедии, произошедшие в разных точках мира, из-за утраты человеком контроля за ядерной реакцией, научили людей быть осторожными с невидимым врагом.

Примечания[ | ]

1. Д. П. Гречухин.
   Гамма-излучение // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия (т. 1—2); Большая Российская энциклопедия (т. 3—5), 1988—1999. — ISBN 5-85270-034-7.
2. РМГ 78-2005. Излучения ионизирующие и их измерения. Термины и понятия. М.: Стандартинформ, 2006.
3. Согласно практической транскрипции, правильным вариантом передачи фамилии является Вильяр
   , однако данный вариант не встречается в источниках.
4. ↑ 123
   The discovery of gamma rays Архивировано 16 марта 2005 года. (англ.)
5. Gerward L.
   Paul Villard and his Discovery of Gamma Rays // Physics in Perspective. — 1999. — Vol. 1. — P. 367—383.
6. В РФ планируется программа гамма-стерилизации сельхозпродукции (рус.). РИА Новости (28 сентября 2010). Дата обращения 28 сентября 2010. Архивировано 25 августа 2011 года.
7. ↑ 12345678910
   Half Value Layers (in cm) for Gamma and X-Ray Radiations at Varying Energies for Various Materials (англ.). Snow College. Дата обращения 4 февраля 2020.
8. ↑ 1234
   Half-Value Layer
   (неопр.)
   . NDT Resource Center. Дата обращения 4 февраля 2020.
9. ↑ 123
   Shielding Radiation — Alphas, Betas, Gammas and Neutrons (англ.). USA NRC (7/05/2011). Дата обращения 5 февраля 2020.
10. ↑ 1234
    Absorption ofγ-rays –Determination of the Half-valueThickness of Absorber Materials
    (неопр.)
    .
    Laboratory Manuals for Students in Biology and Chemistry — Course PHY117
    . Physik-Institut der Universität Zürich. Дата обращения 10 февраля 2020.
11. ↑ 12A. Akkaş.
    Determination of the Tenth and Half Value Layer Thickness of Concretes with Different Densities : [англ.] // Acta Physica Polonica A. — 2020. — Т. 129, вып. Special Issue of the 5th International Advances in Applied Physics and Materials Science Congress & Exhibition APMAS2015, Lykia, Oludeniz, Turkey, April 16-19, 2020, № 4 (April). — С. 770-772. — doi:10.12693/APhysPolA.129.770.
12. Elert, Glenn
    Density of Steel
    (неопр.)
    . Дата обращения 23 апреля 2009.
13. Tungsten (англ.). Midwest Tungsten Service. Дата обращения 11 февраля 2020.
14. Brian Littleton.
    Depleted Uranium Technical Brief (англ.). U.S. Environmental Protection Agency (Dec. 2006). Дата обращения 11 февраля 2020.

Где еще происходит γ-распад?

Но ионизирующие излучения происходят не только при радиоактивном распаде. Они также происходят при атомных взрывах и в ядерных реакторах. На Солнце и других звездах, а также в водородной бомбе осуществляется синтез легких ядер, сопровождающийся ионизирующим излучением. В оборудовании для рентгена и тоже происходит этот процесс. Основное свойство, которое имеют альфа-, бета-, гамма-распады — это высочайшая энергия ионизации.

А различия между этими тремя типами излучений определяются их природой. Радиация была открыта в конце XIX столетия. Тогда никто не знал, что представляет собой это явление. Поэтому три типа излучений и были названы буквами латинского алфавита. Гамма-излучение было открыто в 1910 году ученым по имени Генри Грэгг. Гамма-распад имеет такую же природу, как и солнечный свет, инфракрасные лучи, радиоволны. По своим свойствам γ-лучи представляют собой фотонное излучение, однако энергия содержащихся в них фотонов очень высока. Другими словами, это излучение с очень короткой длиной волны.