1. Понятие о радиации.

Радиоактивность – не новое явление; новизна состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

Ионизирующее излучение сопровождало и Большой взрыв, с которого, как полагается, началось существование нашей Вселенной около 20 млрд лет назад. С того времени радиация постоянно наполняет космическое пространство. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Но с момента открытия этого универсального фундаментального явления прошло едва 100 лет.

В 1896 г Французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого-то материала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то, к своему удивлению, обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал к урану. Вскоре этим явлением заинтересовалась Мария Кюри, молодой химик, полька по происхождению, которая и ввела в обиход слово «радиоактивность». В 1898 г она и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием в память о родине Марии Кюри, а еще один – радием – с латинского - «испускающий лучи». Все эти открытия были подготовлены более ранним событием в научном мире – открытием в 1895 г рентгеновских лучей (названы в честь открывшего их немецкого физика Вильгельма Рентгена).

Беккерель одним из первых столкнулся с неприятным свойством радиоактивного излучения: воздействием на живой организм. Беккерель положил пробирку с радием в карман и получил ожог. Мария Кюри умерла, по всей видимости, от одного Ио злокачественных заболеваний крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействию радиоактивного излучения. Но результаты исследований радиоактивного явления воплотились в атомную бомбу в 1945 году.

Взрывы этих бомб в конце второй мировой войны привели к колоссальным человеческим жертвам. В 1954 первая в мире атомная электростанция была пущена в Советском Союзе. Также огромное применение рентгеновские лучи получили в медицине.

Главным объектом исследования ученых был сам атом, вернее – его строение. Ядро, как правило, состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом.

Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре определяет, к какому химическому элементу относится данный атом: ядро атома водорода содержит один протон, атома кислорода – 8. В каждом атоме число электронов равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, поэтому атом нейтрален в целом.

В ядре присутствуют частицы другого типа, называемые нейтронами – электрически нейтральны. Ядра одного и того же элемента всегда содержат одно и тоже число протонов, но число нейтронов в них может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разновидностям одного химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Так, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов, в уране-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу нуклидов.

Некоторые нуклиды стабильны, т.е. не подвержены внешнему воздействию. Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. Например, уран-238, в ядре которого протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами сцепления. Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц: 2-х протонов и 2-х нейтронов (альфа-частица). Уран превращается, таким образом, в торий-234, в ядре которого 90 протонов и 144 нейтрона. Его превращение происходит так: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в потактиний-234, в ядре которого 91 протон и 143 нейтрона. Протактиний очень нестабилен, и ему требуется совсем немного времени на превращение... Далее следуют иные превращения, сопровождаемые излучениями, и вся эта цепочка, в конце концов, заканчивается стабильным нуклидом свинца.

При каждом таком распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Испускание ядром частицы, состоящей из 2-х протонов и 2-х нейтронов, - это альфа-излучение; испускание электрона – это бета-излучение. Часто нестабильный нуклид выбрасывает порцию лучистой энергии, называемую гамма-излучением, при этом не происходит испускания каких-либо частиц.

Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид – радионуклид. Время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике, называется периодом полураспада соответствующего изотопа. За время, равное одному периоду полураспада, останутся неизменными каждые 50 атомов из 100, за следующий аналогичный промежуток времени 25 из них распадутся, и так далее. Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью. Единицу измерения активности назвали беккерелем. Один беккерель равен одному распаду в секунду.

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается листом бумаги и практически неспособно проникнуть через наружный слой кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся опасны.

Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину 1-2 см.

Проникающая способность гамма-излучения, которое распространятся со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Повреждений, вызванных в живом организме, будет тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям; количество такой переданной организму энергии называется дозой. Дозу излучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси. Дозы можно рассчитывать по-разному, с учетом того, каков размер облученного участка и где он расположен, один ли человек подвергся облучению или группа людей и в течение какого времени это происходило.

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела ( тканями организма), называется поглощенной дозой, и измеряется в грэях (Гр). Но эта величина не учитывает, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение опаснее бета- или гамма- излучений.

Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма: альфа-излучение считается при этом в 20 раз опаснее других видов излучений. Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой, ее измеряют в зивертах (Зв).

Также одни части тела более чувствительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножим эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма (Зв).

Просуммировав индивидуальные дозы, полученные группой людей мы получим коллективную эффективную эквивалентную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах.