Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
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 проникаю щей способностью (например, поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм.). Эта поток ядер гелия.
Бета-излучение отклоняется электрическим и магнитным по лями. Его ионизирующая способность значительно меньше (при мерно на два порядка), а поглощающая, гораздо больше (по глощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у альфа-частиц. Это поток электронов или позитронов. Коэффи циент поглощения бета-излучения, которое сильно рассеивается в веществе, зависит не только от свойств вещества, но и от раз меров и формы тела, на которое падает бета-излучение.
Гамма-излучение не отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает относительно слабой ионизирующей способ ностью и очень большой проникающей способностью (напри мер, проходит через слой свинца толщиной 5 см). При прохож дении через кристаллическое вещество наблюдается дифракция гамма-излучения. Гамма-излучение — это коротковолновое элек тромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны — меньше 10^-10 м. Многие радиоактивные процессы сопровожда ются излучением гамма-квантов.
В начальный период исследования радиоактивного излуче ния приходилось иметь дело с проникающим рентгеновским из лучением, распространяющимся в воздухе. Поэтому в качестве количественной меры излучения многие годы применяли ре зультат измерений ионизации воздуха вблизи рентгеновских трубок и аппаратов. Позднее пыла установлена экспозиционная доза — количественная характеристика ионизирующею излуче ния. Единица экспозиционной дозы — рентген (Р), 1Р == 2'109 пар ионов в 1 см3 воздуха при атмосферном давлении. В прак тической дозиметрии часто применяется мощность экспозицион ной 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 погло щенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем мощнее ионизация, создаваемая излучением. Для количественной оценки такого влияния вводится понятие эквивалентной дозы. Единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв), названная в честь известного шведского радиобиолога Г.Р, Зиверта. Иногда используется другая единица эквивалентной дозы — бэр (13в =100бэр).
Основную часть облучения население Земли получает от естест венных источников радиоактивного излучения. Большинство из них таковы, «по избежать облучения от них совершенно невоз можно. На протяжении всей истории существования Земли раз ные виды излучения падают на ее поверхность из космоса и по ступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя путями. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снару жи; 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 на зывают внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частно сти, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых мес тах земного шара, где залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответст венно ниже.
Доза облучения зависит, кроме того, от условий жизни лю дей. Применение некоторых строительных маршалов, исполь зование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах — все эти сказывается на уровне облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме от ветственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они дают бо лее 5/6 годовой эквивалентной дозы. получаемой населением в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего об лучения. Рассмотрим вначале некоторые данные о внешнем облучении от источников космического происхождения.
Космические лучи. Естественный радиационный фон, созда ваемый 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 атмо сферой, порождая вторичное излучение и приводя к образова нию 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 но ля, 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 эк вивалентную 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 непродолжи тельному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры само летов. 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 (макси мальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше. При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв, а пас сажир сверхзвукового самолета на 20% меньше, хотя подвергает ся более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени.
Земные радиоактивные источники излучения. Основные ра диоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли — это калий-40, ру6идий-Я7 и изотопы двух радиоактивных се мейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 — долгоживущих изотопов, входящих в состав Земли с самого ее рождения. Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации ра дионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они примерно одного порядка. Мощность эквивалентной дозы естественного радиоак тивного фона на Земле составляет в среднем 1м3в/год, или око ло 0,12мк3в/час. Для сравнения укажем, что просмотр одного хоккейного матча по телевизору дает дозу около 0,01мк3в.
Облучение в 5м3в за год (или 0,5—0,6 мкЗв/час) считается до пустимым для населения (для персонала АЭС — в 10 раз больше), гак же, как и разовая доза 0,1—0,2 Зв при аварийном облучении.
При получении однократной дозы, начиная с 0,5 Зв, наблю дается кратковременное изменение состава крови и нарушение работы желудочно-кишечного тракта. При дозе в 1 Зв и более развиваются симптомы лучевой болезни различной степени тя жести- Доза в 4,5 38 является половинной летальной дозой, т. е. при ее получении погибает 50% облученных, а доза б Зв безус ловно 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 состав ляет от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Некоторые П1уппы населения полу чают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 мЗв/год, а примерно 1,5% — более 1,4 мЗв/год.
Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации на много 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 возвышен ности. Каждое лето Гуарапари становится местом отдыха при мерно 30000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 мЗв/год. Радиация на улицах города намного ниже — 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 населен ных пункта стоят на песках, богатых торием.
В другой части земного шара на юго-западе Индии 70000 че ловек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой терри тории, 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 годо вую дозу, превышающую 17м3в/год, что существенно превыша ет годовую дозу внешнего облучения от земных источников ра диации.
Территории в Бразилии и Индии — наиболее хорошо изу ченные «горячие точки» 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, на пример во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.
Источники внутреннего облучения. В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую чело век получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, во дой 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 че ловек 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 мень шей степени — от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например нуклиды свинца и полония, поступают в орга низм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, по этому люди. потребляющие мною рыбы и других даров моря. могут получить относительно высокие дозы облучения.
Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются а основ ном 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 питают ся 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 Ав стралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, по скольку едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем по пасть 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 по следние несколько десятилетий человек создал сотни искусст венных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине, для создания атомного ору жия, 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. Индиви дуальные дозы, получаемые равными людьми от искусственных источников радиации, сильно различаются- В большинстве слу чаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интен сивнее, 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, свя занное с радиоактивными осадками от ядерных взрывов, почти так же невозможно контролировать, как и облучение, обуслов ленное космическими лучами или земными источниками.
(С. Х. Карпенков Концепции современного естествознания)