Радіоактивне випромінювання може бути небезпечним для організмів. З цього параграфа ви дізнаєтеся, чому це так, за допомогою яких приладів можна виміряти рівень радіації, який рівень радіації небезпечний, а при якому можна бути спокійними.
Мал. 25.1. В результаті поглинання енергії іонізуючого випромінювання електрон вилітає з атома і атом перетворюється в позитивний іон
Дізнаємося про вплив іонізуючого випромінювання на організми
Радіоактивні α-, β-, γ-випромінювання роблять значний вплив на організми. Потрапляючи в речовину, радіоактивне випромінювання передає йому енергію. В результаті поглинання цієї енергії деякі атоми і молекули речовини ионизируются (рис. 25.1) - їх хімічна активність змінюється і утворюються нові, надзвичайно активні хімічні сполуки.
Мал. 25.2. Льюїс Харольд Грей (1905-1965) - англійський фізик, працював над проблемами, пов'язаними з дією опромінення на біологічні системи; засновник радіобіології
Життєдіяльність будь-якого організму забезпечується хімічними реакціями, що відбуваються в його клітинах, тому потужного радіоактивного опромінення призводить до порушення функцій майже всіх органів. Так, у людини збільшуються крихкість і проникність судин, знижується опірність організму, відбувається розлад діяльності шлунково-кишкового тракту, порушуються функції кровотворних органів, нормальні клітини перероджуються в злоякісні.
характеризуємо іонізуюче випромінювання
Чим більше поглинена речовиною енергія випромінювання, тим більший вплив надає це випромінювання на речовину.
Відношення енергії W іонізуючого випромінювання, поглиненої речовиною, до маси m цієї речовини називають поглиненою дозою іонізуючого випромінювання (D):
Одиниця поглиненої дози в системі СІ - грей (на честь англійського фізика Л. Грея (рис. 25.2)):
Біологічна дія на організми різних видів випромінювання неоднаково при однаковій поглиненої дози. Так, при однаковій енергії α-випромінювання значно небезпечніше, ніж β- або γ-випромінювання.
Коефіцієнти якості деяких видів іонізуючого випромінювання
Мал. 25.3. Рольф Максиміліан Зиверт (1896-1966) - шведський вчений. Працював в галузі медичної фізики, вивчав вплив радіації на біологічні системи
Мал. 25.4. Змії дуже стійкі до радіації. Деякі з них можуть витримати радіоактивне випромінювання до 150 Гр
Фізичну величину, що характеризує біологічну дію поглиненої дози іонізуючого випромінювання, називають еквівалентною дозою іонізуючого випромінювання (H):
де D - поглинена доза; К - коефіцієнт якості, що характеризує небезпеку даного виду випромінювання: чим більше коефіцієнт якості, тим небезпечніше випромінювання (див. Таблицю).
Одиниця еквівалентної дози в системі СІ - зіверт (названа в честь шведського вченого Р. Зіверт (рис. 25.3)):
З'ясовуємо особливості впливу радіації
Пошкодження організмів, зумовлені дією радіації, мають ряд особливостей.
По-перше, найбільш чутливі до радіації швидко діляться клітини. Так, дія радіоактивного випромінювання першим відчуває кістковий мозок, внаслідок чого порушується процес кровотворення.
По-друге, різні типи організмів мають різну чутливість до радіоактивного випромінювання (рис. 25.4). Найстійкіші до радіації - одноклітинні.
По-третє, наслідки впливу однаковою поглиненої дози випромінювання залежать від віку організму.
Відзначимо, що крім зовнішнього опромінення існує небезпека і внутрішнього опромінення, адже радіонукліди можуть потрапити в організм, наприклад, з їжею або водою. Підвищена небезпека внутрішнього опромінення обумовлена декількома причинами.
По-перше, деякі радіонукліди здатні вибірково накопичуватися в певних органах. Наприклад, 30% йоду накопичується в щитовидній залозі, маса якої
становить лише 0,03% маси тіла людини. Радіоактивний Йод, таким чином, всю свою енергію віддає невеликому обсягу тканини.
По-друге, внутрішнє опромінення є тривалим: радіонуклід, який потрапив в організм, не відразу виводиться з нього, а проходить ряд радіоактивних перетворень всередині організму. При цьому виникає радіоактивне випромінювання, яке іонізує молекули, змінюючи тим самим їх біохімічну активність.
Дізнаємося про радіаційний фон
Всі люди на Землі відчувають вплив радіації, адже в будь-якій місцевості завжди є радіаційний фон (рис. 25.5).
Радіаційний фон Землі складається з декількох компонентів: космічне випромінювання; випромінювання природних радіонуклідів, що містяться в земній корі, повітрі та інших об'єктах зовнішнього середовища; випромінювання штучних радіоактивних ізотопів.
Випромінювання природних радіонуклідів і космічне випромінювання створюють природний радіаційний фон.
В результаті діяльності людини природний радіаційний фон Землі значно змінився - відбулося техногенне підвищення природного радіаційного фону. Приклад такої діяльності - видобуток корисних копалин, що мають підвищену концентрацію радіонуклідів. Так, підвищений вміст природних радіонуклідів є
Мал. 25.5. Середні еквівалентні дози іонізуючого випромінювання, які отримує людина протягом року від деяких джерел радіації
в граніті. А далі вибудовуємо ланцюжок. Гранітний щебінь - компонент бетону, з якого споруджують будинки. Значить, підвищений радіаційний фон слід шукати перш за все всередині будівель з бетону, особливо в закритих непровітрюваних приміщеннях (концентрація радону в закритих приміщеннях в середньому у вісім разів вище, ніж зовні.
Проаналізуйте рис. 25.5. З яких джерел людина отримує найбільшу дозу радіації? Значно чи вплив радіації, пов'язаної з розвитком атомної енергетики?
Знайомимося з дозиметром
Життя на Землі виникло і розвивається в умовах безперервного впливу радіації, тому природний радіаційний фон істотно не впливає на життя і здоров'я людей. Сучасні радіобіологічні дослідження показують, що при дозах, відповідних природному радіаційному фону 1-2 мЗв на рік, вплив радіації безпечно для людини.
Але навіть невелике перевищення рівня радіації може викликати генетичні дефекти, які, можливо, виявляться у дітей або онуків опроміненого людини. Великі дози радіації служать причиною серйозних поразок тканин. Наприклад, отримана за кілька годин еквівалентна доза іонізуючого опромінення 1 Зв викликає небезпечні зміни в крові, а доза 3-5 Зв в 50% випадків є причиною загибелі. Тому працівники, що мають справу з радіацією або деякий час знаходяться на радіа-ційно забрудненої території, обов'язково користуються дозиметрами.
Дозиметр - прилад для вимірювання дози іонізуючого випромінювання, отриманої приладом (і, отже, тим, хто ним користується) за деякий інтервал часу, наприклад за час перебування на певній території або протягом робочої зміни.
Прилади для вимірювання інтенсивності радіоактивного випромінювання від певного джерела (рідини, газу, забрудненої поверхні) називають радіометрами (або дозиметрами другого типу) (рис. 25.6, а).
В організмі людини міститься близько 3 · 10-3 г радіоактивного калію і 6 · 10-9 г радію. В результаті в тілі людини кожну секунду відбувається 6000 β-розпадів і 220 α-розпадів. Ще 2500 β-розпадів в секунду відбувається завдяки радіоактивному вуглецю. В цілому в тілі людини кожну секунду відбувається 10 000 актів розпаду.
Основною складовою будь-якого дозиметра і радіометра є детектор - пристрій для реєстрації іонізуючого випромінювання (див. Рис. 25.6, б). При попаданні іонізуючого випромінювання на детектор виникають електричні сигнали (імпульси струму або напруги), які зчитуються вимірювальним пристроєм. Дані про дозу іонізуючого випромінювання подаються на вихідний пристрій (виводяться на дисплей дозиметра); інформація про підвищення радіації може подаватися світінням, звуковим сигналом і т. п.
підводимо підсумки
Потрапляючи в речовину, радіоактивне випромінювання передає йому енергію. В результаті деякі атоми і молекули речовини
ионизируются, змінюється їх хімічна активність. Так як життєдіяльність організмів базується на хімічних реакціях, радіоактивне випромінювання надає біологічну дію.
Відношення енергії W іонізуючого випромінювання, поглиненої речовиною, до маси m цієї речовини називають поглиненою дозою іонізуючого випромінювання D: D = W / m.
Біологічна дія іонізуючого випромінювання залежить як від поглиненої дози, так і від особливостей самого випромінювання; характеристикою біологічної дії є еквівалентна доза іонізуючого випромінювання: H = KD, де K - коефіцієнт якості.
Одиниця поглиненої дози іонізуючого випромінювання в СІ - грей (Гр), одиниця еквівалентної дози - зіверт (Зв). Для вимірювання доз іонізуючого випромінювання використовують дозиметри.
На поверхні Землі реєструється певний рівень радіації - радіаційний фон, що складається з космічного випромінювання, випромінювання природних і штучних радіонуклідів.
Контрольні питання
1. У чому проявляється біологічна дія радіації на організми?
2. Дайте визначення поглиненої дози іонізуючого випромінювання. Яка її одиниця в СІ? 3. Як обчислюють еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання? Яка її одиниця в СІ? 4. Які особливості впливу радіації? Чим обумовлена підвищена небезпека радіонуклідів, які потрапили в організм? 5. Назвіть причини, за якими ви завжди і незалежно від того, де живете, відчуваєте дію радіації. 6. Що таке радіаційний фон? З яких компонентів він складається? 7. Назвіть джерела радіаційного фону Землі. 8. Для чого призначені дозиметри? Який принцип їх дії?
Вправа № 25
1. Як, перебуваючи поблизу джерела α-випромінювання, можна захиститися від негативного впливу радіації?
2. В результаті зовнішнього опромінення співробітник лабораторії щомиті отримує поглинену дозу іонізуючого випромінювання, що дорівнює 2 · 10-9 Гр. Яку поглинену дозу отримає працівник протягом години?
3. В результаті внутрішнього опромінення кожен грам живої тканини поглинув 108 α-частинок. Визначте еквівалентну дозу опромінення, якщо енергія кожної α-частинки дорівнює 8,3 · 1013 Дж.
4. Яку еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання отримає людина, що знаходиться поблизу джерела γ-випромінювання протягом 1 год, якщо щомиті він отримує поглинену дозу іонізуючого випромінювання 25 · 10-9 Гр?
5. Існує гіпотеза, що людство виникло завдяки мутаціям, що стався у мавп в результаті впливу радіоактивного випромінювання. Скориставшись додатковими джерелами інформації, дізнайтеся про цю гіпотезу більше. Чи можна з нею погодитися? Обгрунтуйте свою точку зору.
експериментальне завдання
Якщо у вас є можливість скористатися дозиметром, виміряйте радіаційний фон в різних точках своєї квартири, поблизу гранітної бруківки, в бетонному, цегляному і дерев'яному будинках, в підвалі будинку, на верхньому поверсі. Поясніть результати своїх досліджень.
Це матеріал підручника Фізика 9 клас Бар'яхтар, Довгий
25.5. З яких джерел людина отримує найбільшу дозу радіації?
Значно чи вплив радіації, пов'язаної з розвитком атомної енергетики?
1. У чому проявляється біологічна дія радіації на організми?
Яка її одиниця в СІ?
3. Як обчислюють еквівалентну дозу іонізуючого випромінювання?
Яка її одиниця в СІ?
4. Які особливості впливу радіації?
Чим обумовлена підвищена небезпека радіонуклідів, які потрапили в організм?
6. Що таке радіаційний фон?
З яких компонентів він складається?