какие материалы хорошо ослабляют гамма излучение
Чем опасно гамма-излучение и способы защиты от него
Среди многообразия электромагнитных излучений, рядом с рентгеновскими лучами нашли себе «приют» очень короткие электромагнитные волны — это гамма-излучение. Имея ту же природу, что и свет, оно распространяется в пространстве с такой же скоростью 300 000 км/сек.
Однако ввиду его особых свойств, гамма-излучение оказывает сильнейшее отравляющее и травмирующее действие на живые организмы. Давайте выясним, что такое гамма-излучение, чем оно опасно и как защититься от него.
Чем опасно гамма-излучение
Источниками гамма-излучения являются космические лучи, взаимодействие и распад ядер атомов радиоактивных элементов и другие процессы. Приходя из далёких космических глубин или рождаясь на Земле, это излучение оказывает сильнейшее ионизирующее действие на человека.
В микромире существует закономерность, чем короче длина волны электромагнитного излучения, тем больше энергия у его квантов (порций). Поэтому можно утверждать, что гамма-излучение — это квантовый поток с очень большой энергией.
Чем же опасно гамма-излучение? Механизм разрушительного действия гамма-квантов заключается в следующем.
Опасность гамма-излучения усугубляется отсутствием у человека механизма способного ощутить это воздействие вплоть до смертельных доз.
Различные органы человека обладают индивидуальной чувствительностью к его воздействию. Наибольшую уязвимость к атаке этого излучения проявляют быстро делящиеся клетки кроветворной системы, пищеварительного тракта, лимфатических желёз, половых органов, волосяных фолликул и структуры ДНК. Проникшие в них гамма-кванты, разрушают слаженность всех процессов и приводят к многочисленным мутациям в механизме наследственности.
Особая опасность гамма-излучения заключается в его способности накапливаться в организме, а также наличие скрытого периода воздействия.
Где применяется гамма-излучение
При неконтролируемом, стихийном воздействии этого излучения последствия могут быть весьма тяжёлые. А учитывая, что оно обладает ещё и «инкубационным» периодом расплата может настигнуть через много лет и даже через поколения.
Однако пытливые умы учёных сумели найти многочисленные применения гамма-излучению:
Как эффективный терапевтический метод лечения гамма-излучение применяется в медицине. Эта методика носит название лучевой терапии. В ней используется особенность гамма-излучения воздействовать в первую очередь на быстро делящиеся клетки.
Этот метод применяют для лечения рака, сарком в тех случаях, когда другие методы лечения неэффективны. Дозированное и направленное облучение позволяет подавить жизнедеятельность патологических клеток опухоли.
Где ещё встречается гамма-излучение
Сейчас мы знаем, что такое гамма-излучение и осознаём сопряжённые с ним опасности. Поэтому постоянно изыскиваем новые способы как защититься от него. Но столетие назад отношение к радиоактивности было более беспечным.
Начиная с 1902 года радиоактивной глазурью покрывали предметы керамики и ювелирные украшения, с помощью подобных излучающих добавок изготавливали цветное стекло. Поэтому бережно хранимые старинные сувениры, могут являться миной замедленного действия.
Как защититься от гамма-излучения
Вся наша жизнь проходит на фоне естественных электромагнитных излучений. И вклад гамма-квантов в этот фон достаточно значителен. Однако, несмотря на их периодические всплески, вред их для живых организмов минимален. Здесь землян спасают огромные расстояния от источников этих излучений. Совсем иное — земные источники. Особую опасность несут АЭС: их ядерные реакторы, технологические контуры и другое оборудование. Организация защиты от гамма-излучения персонала на этих и других подобных объектах включает следующие мероприятия.
Для эффективной защиты от гамма-излучения используются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью. Этим критериям удовлетворяют:
Наилучшей интенсивностью поглощения γ-лучей обладает свинец. Пластинка свинца толщиной в 1 см, 5 см бетона и 10 см воды — ослабляют это излучение в два раза, однако, не являются для них непреодолимой преградой. Применение свинца в качестве защиты против воздействия гамма-излучения ограничивается его низкой температурой плавления. Поэтому в горячих зонах используют дорогие металлы:
Для изготовления защитной одежды сотрудников, работающих в зоне действия источников излучения или радиоактивного заражения используются специальные материалы. Его основу составляет резина, пластик или каучук со специальным наполнителем из свинца и его соединений.
В качестве средств защиты могут быть задействованы противорадиационные экраны.
Защитой от гамма-излучения является и очень осмотрительное отношение к окружающим нас предметам, кажущихся на вид вполне безобидными: водолазные часы, секстанты, датчики обледенения и т. д. Их циферблаты содержат соли радия 226, являющиеся источниками альфа и гамма-излучения.
Из всех видов радиации именно гамма-излучение обладает наибольшей проникающей способностью. В этом случае наиболее эффективным способом защиты от внешнего гамма-излучения являются специальные укрытия, а при их отсутствии — подвалы домов. Чем толще стены, тем надёжнее укрытие. Подвал многоэтажного дома способен ослабить действие радиации в 1000 раз.
К сожалению, опасность радиационного заражения может возникнуть совершенно внезапно. И облучение могут получить люди совершенно не имеющие отношения к ядерной энергетике. Надеемся, что полученная информация поможет вам сохранить своё здоровье и уберечься от угрозы дополнительного радиоактивного облучения.
Чем опасно гамма-излучение и способы защиты от него
Среди многообразия электромагнитных излучений, рядом с рентгеновскими лучами нашли себе «приют» очень короткие электромагнитные волны — это гамма-излучение. Имея ту же природу, что и свет, оно распространяется в пространстве с такой же скоростью 300 000 км/сек.
Однако ввиду его особых свойств, гамма-излучение оказывает сильнейшее отравляющее и травмирующее действие на живые организмы. Давайте выясним, что такое гамма-излучение, чем оно опасно и как защититься от него.
Защита от внешнего гамма-излучения
Источниками внешнего радиационного опасного излучения выступают:
Использование источников радиации предполагает соблюдение специализированных необходимых мер защиты. Допустимые уровни облучения прописаны в нормах радиационной безопасности, которые обязательно должен знать рабочий персон и не превышать указанных данных.
Обычно для защиты от гамма-излучения целесообразно применять защитные сооружения, которые экономически выгодны и обеспечат значительное ослабление радиационного воздействия. Мощность точечного источника радиации прямо пропорциональна активности облучения, поэтому ее удается ограничить путем меньшего использования и на большем удалении.
Такой вариант защиты предусматривает возможность выполнения работ в определенный промежуток времени, который не позволит получить большую дозу облучения, так как первое свойство ионизирующего излучения — это накопление. Следовательно, чем меньше времени человек находится в зоне повышенного радиационного фона, тем меньший вред это нанесет его здоровью.
Следующий способ защиты от внешнего гамма-излучения выступает снижение его мощности при увеличении расстояния между источником изучения и объекта. Четкие указания по допустимому промежутку времени для нахождения вблизи источника излучения предъявляются рабочему персоналу, по истечению которого люди должны выводиться в безопасную зону.
При работе с источниками повышенной радиационной активности необходимо применение специализированных многослойных экранов, позволяющих существенно снизить интенсивность проникновения опасного излучения.
Отличной защитой от гамма-излучения являются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью:
В зависимости от мощности гамма-лучей подбирается необходимый материал для повышенной защиты здоровья людей.
Альфа излучение
Некоторые радионуклиды с высокой атомной массой (Ra226, U238, Pu239) распадаются под действием излучения альфа-частиц. Эти альфа-частицы представляют собой тесно связанные единицы из двух нейтронов и двух протонов в каждой (ядро He4) и имеют положительный заряд. Эмиссия альфа-частицы из ядра приводит к уменьшению двух единиц атомного номера (Z) и четырех единиц массового числа (A). Альфа-частицы испускаются с дискретными энергиями, характерными для конкретного преобразования, из которого они происходят. Все альфа-частицы от конкретного преобразования радионуклидов будут иметь одинаковые энергии.
Защита от гамма-излучения: свинец
Для защиты от гамма-излучения применяют чаще всего свинцовый лист. Металл способен задерживать заряженные крупные и мелкие радиационные частицы, а также комбинированные излучения.
Используется свинцовые изделия в медицине, научных институтах, лабораториях для защиты от гамма-лучей, рентгеновского излучения от специализированных приборов в поликлиниках.
Помещения для диагностики организма при помощи рентген аппаратов обязательно должны быть экранированы свинцовыми пластинами во избежание избыточного облучения как медицинского персонала, так и пациентов.
Для защиты от гамма-излучения целесообразно использовать специализированную одежду со свинцовыми прокладками:
Свинцовое стекло используется при проведении опытов с радиоактивными веществами, оно необходимо для установки в специализированном оборудовании в качестве смотрового окна.
Свинец выступает тяжелым металлом, который не взаимодействует с бета- и гамма-лучами, радиоактивными изотопами, поэтому станет эффективным для них препятствием.
Как это работает?
Суть механизма разрушающего воздействия гамма-квантов:
Наиболее подвержены повреждениям те клетки организма, которые быстро делятся. Мутации передаются последующим поколениям клеток, усугубляя положение. Так, первыми страдают система образования клеток крови, лимфатические узлы, репродуктивные клетки, пищеварительные органы и волосяные сумки.
Способы защиты от гамма-излучения внутри зданий
Для защиты от внутреннего облучения проводятся мероприятия по уменьшению накопления опасной радиоактивной пыли — это специализированная облицовка стен, пола, потолка, проведение регулярной влажной уборки помещений, обустройство эффективной вытяжной вентиляции.
Дополнительно требуется тщательная личная гигиена персонала, применение индивидуальных средств защиты от альфа излучения (это комбинезоны, шапочки, очки, резиновые перчатки, сапоги, респираторы либо шланговые противогазы). При надевании и снятии СИЗ, чтобы не загрязнить одежду и кожные покровы, окружающие предметы необходимо четко следовать инструкции, проводить контроль мощности дозы рентгеновского и прочего излучения.
Биологическая противолучевая защита
Биологическая противолучевая защита — способ повышения радиорезистентности с помощью лекарственных средств, усиливающих общую сопротивляемость организма. В отличие от радиопротекторов (см.) они оказывают защитное действие в том случае, когда вводятся многократно за несколько дней или недель до облучения. Такие лекарственные средства или их комплексы оказывают защитное действие при кратковременном (однократном), пролонгированном (протяженном), фракционированном и хроническом облучении (см.). Они способствуют повышению эффективности схем комплексной терапии лучевой болезни, возникшей вследствие внешнего или внутреннего облучения. Эти препараты обладают большой широтой терапевтического действия, для них нет противопоказаний, и они могут быть использованы в любых условиях.
К числу наиболее эффективных относятся препараты из группы адаптогенов (жидкие экстракты и настойки элеутерококка колючего, женьшеня, лимонника китайского, лагохилуса), витамины, гормоны, коферменты, витаминно-аминокислотные комплексы, некоторые микроэлементы и антибиотики, особенно в сочетании с витаминно-аминокислотными комплексами, биостимуляторы.
Действие средств биологической П. з. является неспецифическим. Оно проявляется только на фоне воздействия экстремальных факторов, вызывающих напряжение жизненно важных физиологических систем организма. Механизм действия адаптогенов при лучевом поражении связывают с тем, что они тонизирующе действуют на ц. н. с. и стимулируют систему кроветворения. Повышение радиорезистентности с помощью витаминов, гормонов и коферментов осуществляется различными путями. Напр., многократное введение витамина Р с аскорбиновой к-той повышает устойчивость стенок кровеносных сосудов, уменьшает проявления геморрагического синдрома; глюкокортикоиды способствуют повышению выделения адренергических веществ надпочечниками, что приводит к повышению радиорезистентности организма.
Расчет защиты от гамма-излучения
Когда рентгеновские лучи проходят через вещество, они не полностью поглощаются материалом, а ослабляются, то есть уменьшается их интенсивность.
Величина ослабления может быть описана математическим соотношением: линейный коэффициент ослабления зависит от следующих данных:
Определить максимальную длину пробега гамма-излучения необходимо с учетом атомной массы, плотности поглощающего вещества.
Мощность дозы источников гамма-излучения может быть измерена соответствующими приборами или подсчитана математически.
После измерения мощности радиационных лучей получится правильно подобрать методы защиты от гамма-излучения, чтобы обезопасить пребывание людей вблизи с источником радиации.
Физическая защита (экранирование) [ править | править код ]
Толщина слоя заданного материала, уменьшающая уровень радиации в два раза, называется слоем половинного ослабления
. Соотношение уровня радиации до и после защиты называется коэффициентом защиты.
Показатель поглощения (стоящий в экспоненте), зависит от энергии. Например, слой половинного ослабления для излучения цезия-137 в разы меньше, чем для излучения кобальта-60.
В таблице ниже указаны характеристики слоя половинного ослабления гамма-излучения осколков деления некоторых материалов (в единицах системы СГС) [1] :
| Материал защиты | Слой половинного ослабления, см | Плотность, г/см³ | Масса 1 см² слоя половинного ослабления, г |
| Свинец | 1,8 | 11,3 | 20 |
| Бетон | 6,1 | 3,33 | 20 |
| Сталь | 2,5 | 7,86 | 20 |
| Слежавшийся грунт | 9,1 | 1,99 | 18 |
| Вода | 18 | 1,00 | 18 |
| Древесина | 29 | 0,56 | 16 |
| Обеднённый уран | 0,2 | 19,1 | 3,9 |
| Воздух | 15000 | 0,0012 | 18 |
Как уменьшить опасность избытка излучения в квартире
И всё-таки какое излучение является самым опасным для человека?
Бесспорно, что гамма-излучение весьма «недружественно» относится к человеческому организму. Но и более низкочастотные электромагнитные волны способны причинить вред здоровью. Аварийное или плановое отключение электроэнергии дезорганизует наш быт и привычную работу. Вся электронная «начинка» наших квартир становится бесполезной, а мы, лишившись интернета, сотовой связи, телевидения оказываемся отрезанными от мира.
Весь арсенал электробытовых приборов в той или иной мере является источником электромагнитных излучений, снижающий иммунитет и ухудшающий функционирование эндокринной системы.
Была установлена связь между удалённостью места проживания человека от линий высоковольтных передач и возникновением злокачественных опухолей. В том числе и детской лейкемии. Эти печальные факты можно продолжать до бесконечности. Важнее выработать определённые навыки в их эксплуатации:
Сила облучения
Что касается единицы амбиентного экивалента дозы, то это особая биологическая доза нейтронного излучения гамма частиц. Эквивалентной считается нормируемая величина ущерба, который наносит гамма-излучение. К огромному сожалению, ее невозможно измерить, поэтому в практике принято использовать особые величины дозиметрические, которые можно приблизит к нормируемым. Основная величина – амбиентный эквивалент дозы.
Эквивалент амбиентный – это эквивалент дозы, созданный в фантоме шаровом на определенной глубине от поверхности, учитывая отношение к диаметру, который направлен параллельно излучению. Эквивалент рассматривают в поле излучения, идентичное флюенсу, распределению энергетическому и составу. Подобный эквивалент способен выявить дозировку облучения, его мощность, которую может получить человек. Единица такого эквивалента – зиверт. Следует отметить, что единица измерения коллективной дозировки считается человеко-зиверт, если же единица внесистемная, то человеко-бэр.
Интенсивность, мощность подобного облучения показывает приращение дозы под влиянием излучения за конкретную единицу времени. Размерность дозировки принято делить на единицу времени. Можно использовать разные единицы – 3в/час, м3в/год и прочее. Простыми словами, мощность эквивалентной дозы можно характеризовать дозировкой, которая была получена благодаря единице времени.
Мощность измеряют разнообразными приборами, у которых имеются химические системы, камеры ионизационные, а также те камеры, которые содержат люминесцирующее вещество. Мощность измеряется на высоте одного метра от поверхности земли.
Защита от гамма-излучения
Основным вариантом для защиты от альфа-, бета-, гамма-излучения выступает экранирование, а также использование специализированных индивидуальных защитных средств, которые обеспечат безопасность человека в опасных условиях радиации.
Различают несколько типов вредного излучения, каждый из которых имеет свою проникающую способность и, исходя из этого, особенность защиты:
Источниками радиации выступает не только радионуклиды, но и в частности прохождение флюорографического обследования, компьютерной томографии.
Чтобы понять какая защита от гамма-излучения наиболее эффективна, необходимо определиться с источником радиации.
Защита от внешнего гамма-излучения
Источниками внешнего радиационного опасного излучения выступают:
Использование источников радиации предполагает соблюдение специализированных необходимых мер защиты. Допустимые уровни облучения прописаны в нормах радиационной безопасности, которые обязательно должен знать рабочий персон и не превышать указанных данных.
Обычно для защиты от гамма-излучения целесообразно применять защитные сооружения, которые экономически выгодны и обеспечат значительное ослабление радиационного воздействия. Мощность точечного источника радиации прямо пропорциональна активности облучения, поэтому ее удается ограничить путем меньшего использования и на большем удалении.
Такой вариант защиты предусматривает возможность выполнения работ в определенный промежуток времени, который не позволит получить большую дозу облучения, так как первое свойство ионизирующего излучения — это накопление. Следовательно, чем меньше времени человек находится в зоне повышенного радиационного фона, тем меньший вред это нанесет его здоровью.
Следующий способ защиты от внешнего гамма-излучения выступает снижение его мощности при увеличении расстояния между источником изучения и объекта. Четкие указания по допустимому промежутку времени для нахождения вблизи источника излучения предъявляются рабочему персоналу, по истечению которого люди должны выводиться в безопасную зону.
При работе с источниками повышенной радиационной активности необходимо применение специализированных многослойных экранов, позволяющих существенно снизить интенсивность проникновения опасного излучения.
Отличной защитой от гамма-излучения являются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью:
В зависимости от мощности гамма-лучей подбирается необходимый материал для повышенной защиты здоровья людей.
Защита от гамма-излучения: свинец
Для защиты от гамма-излучения применяют чаще всего свинцовый лист. Металл способен задерживать заряженные крупные и мелкие радиационные частицы, а также комбинированные излучения.
Используется свинцовые изделия в медицине, научных институтах, лабораториях для защиты от гамма-лучей, рентгеновского излучения от специализированных приборов в поликлиниках.
Помещения для диагностики организма при помощи рентген аппаратов обязательно должны быть экранированы свинцовыми пластинами во избежание избыточного облучения как медицинского персонала, так и пациентов.
Для защиты от гамма-излучения целесообразно использовать специализированную одежду со свинцовыми прокладками:
Свинцовое стекло используется при проведении опытов с радиоактивными веществами, оно необходимо для установки в специализированном оборудовании в качестве смотрового окна.
Свинец выступает тяжелым металлом, который не взаимодействует с бета- и гамма-лучами, радиоактивными изотопами, поэтому станет эффективным для них препятствием.
Способы защиты от гамма-излучения внутри зданий
Для защиты от внутреннего облучения проводятся мероприятия по уменьшению накопления опасной радиоактивной пыли — это специализированная облицовка стен, пола, потолка, проведение регулярной влажной уборки помещений, обустройство эффективной вытяжной вентиляции.
Дополнительно требуется тщательная личная гигиена персонала, применение индивидуальных средств защиты от альфа излучения (это комбинезоны, шапочки, очки, резиновые перчатки, сапоги, респираторы либо шланговые противогазы). При надевании и снятии СИЗ, чтобы не загрязнить одежду и кожные покровы, окружающие предметы необходимо четко следовать инструкции, проводить контроль мощности дозы рентгеновского и прочего излучения.
Расчет защиты от гамма-излучения
Когда рентгеновские лучи проходят через вещество, они не полностью поглощаются материалом, а ослабляются, то есть уменьшается их интенсивность.
Величина ослабления может быть описана математическим соотношением: линейный коэффициент ослабления зависит от следующих данных:
Определить максимальную длину пробега гамма-излучения необходимо с учетом атомной массы, плотности поглощающего вещества.
Мощность дозы источников гамма-излучения может быть измерена соответствующими приборами или подсчитана математически.
После измерения мощности радиационных лучей получится правильно подобрать методы защиты от гамма-излучения, чтобы обезопасить пребывание людей вблизи с источником радиации.
Памятка начинающему радиофобу или как правильно бояться радиации.
Радиация. Я лично знаю людей, которых это слово повергает в ужас. Смертельно-опасное явление, от которого нет ни спасения, ни защиты. Есть даже комплекс трудно поддающихся лечению психических расстройств под общим названием «радиофобия».
Бояться радиации люди стали не сразу с её открытием, а во многом, благодаря информационным кампаниям времён холодной войны. Авария на Чернобыльской АЭС добавила ужаса, и теперь находятся люди, всерьёз опасающиеся даже WiFi роутеров, параболических антенн (даже принимающих!) и вообще всего, у чего наблюдается антенна.
Есть и проверенное средство защиты — шапочка из фольги, которая, вопреки расхожему мнению, может быть даже стильной. Впрочем, защитные свойства подобного головного убора сильно преувеличены.
Сегодня я хочу в деталях поговорить об этом явлении, которое точнее называть ионизирующим излучением. Оно называется ионизирующем, как нетрудно догадаться, потому что может являться причиной ионизации атомов вещества — потерей атомами своих электронов.
Явление радиоактивности случайно открыл француз Антуан Анри Беккерель. Подробности открытия можно найти в интернете, однако, «случайность» здесь — немного неуместное слово. После открытия Рентгеном своих Х-лучей, открытие радиоактивности в природных веществах было лишь вопросом времени. Важным для нас является более позднее исследование нового вида лучей, а именно — разделение их на три вида в электрическом поле:
Поскольку в тот момент никто понятия не имел, с чем имеет дело, разным типам излучения дали просто названия по буквам греческого алфавита: положительно-заряженным лучам, которые притягивались к отрицательно-заряженной пластине дали название «альфа», отрицательно-заряженным – «бета», а нейтральным (которые не отклонялись — «гамма»).
Есть и другие виды радиации, но к ним мы вернёмся чуть позже, а пока разберём по порядку эти:
Альфа-излучение — поток «альфа частиц», которые по сути являются ядрами гелия-4 и состоят из 2 протонов и двух нейтронов.
Альфа-частица — это сравнительно тяжёлая и сравнительно медленно-движущаяся частица, которая испускается в процессе так называемого «альфа-распада», когда тяжёлое атомное ядро может спонтанно «отпустить» погулять на волю 2 протона, «сцепленные» с двумя нейтронами. При этом массовое число ядра, внезапно закономерно, уменьшается на 4, а атомный номер — на 2. Альфа-распад свойственен почти всем тяжёлым элементам. Чтобы вырваться из цепких лапок сильного ядерного взаимодействия, альфа-частица должна «телепортироваться» (совершить туннельный переход) за пределы его действия — процесс этот абсолютно спонтанный и непредсказуемый, так что предсказать точно, когда именно произойдёт альфа-распад, мы не можем, однако, он обязательно произойдёт.
Что радиофобу необходимо знать об альфа-излучении — во-первых, встретиться с ним хоть в сколько-нибудь значимых количествах довольно сложно (если вы не работаете, разумеется, с большим количеством радия, тория, урана или плутония). Ещё вам нужно знать, что в силу того, что альфа-частицы движутся относительно медленно и имеют относительно крупный размер, они задерживаются практически любой преградой (даже простой лист бумаги на пути потока альфа-частиц полностью его остановит).
Неприятной новостью является то, что по степени биологической опасности, альфа-излучение в силу тех же причин оказывает наиболее разрушительное воздействие на клетки живого организма. Особенную опасность они будут предоставлять, если вы вдруг вдохнёте пыль, излучающую альфа-частицы, поэтому я настоятельно рекомендую носить респиратор в местах, где подобная пыль хотя бы теоретически может содержаться, и никогда не пить чай с полонием!
Бета-частицы на поверку оказались старыми добрыми электронами, которые образуются в процессе который ВНЕЗАПНО называется «бета-распад». За него у нас отвечает слабое фундаментальное взаимодействие. Представьте себе, одному нейтрону в ядре атома наскучило быть нейтроном. Тогда он превращается в протон, а отрицательный электрический заряд уносится вместе с родившимся в процессе электроном (ещё рождается анти-нейтрино, но оно нам абсолютно не опасно, так как практически никак не взаимодействует с веществом).
Где можно встретить бета-лучи? В природе в чистом виде — практически нигде (разве что внутри старого кинескопа), однако, там, где есть радиоактивные материалы, они будут испускаться наравне с альфа-частицами. Есть, впрочем, такие элементы как прометий, криптон и стронций, которые можно назвать более активными излучателями бета-частиц.
Что о бета-излучении надо знать радиофобу — то, что их свободный пробег в воздухе весьма ограничен. Он, конечно, зависит от скорости, которая колеблется от 0,3 до почти скорости света, но дело в том, что преодолеть в свободном полёте электрон сможет лишь метра два, никак не больше. А внутрь организма человека он сможет проникнуть не дальше, чем на 2,5 см. Опять, таки, если не есть, не пить и не дышать ничем радиоактивным, бета-лучи нам «подарят» всего лишь ожоги разной степени тяжести. Берегите глаза! Защитой может служить лист алюминия или даже плексигласа, но в целом, бета лучи являются самым безобидным видом ионизирующего излучения.
Следующим, и, наверное, самым гадким из видов излучения, является не «гамма», как можно было ожидать, а нейтронное излучение. Как следует из названия, данный вид излучения представляет собой поток нейтронов. Почему она самая гадкая? Потому что, от неё очень сложно защититься. Нейтрон не имеет электрического заряда, поэтому имеет очень высокую проникающую способность.
Быстрые нейтроны плохо поглощаются любыми ядрами, поэтому для защиты от нейтронного излучения применяют комбинацию замедлитель-поглотитель. Наилучшие замедлители — водородсодержащие материалы. Обычно применяют воду, парафин, полиэтилен. Также в качестве замедлителей применяют бериллий и графит. Замедленные нейтроны хорошо поглощается ядрами бора, кадмия.
Но на этом прелести нейтронного излучения не заканчиваются. Представьте, что происходит с ядром стабильного атома, в который врезается нейтрон. Почти всегда, вне зависимости от того, как именно был захвачен нейтрон, ядро становится нестабильным (т. е. — радиоактивным). Такой изотоп может «фонить» ещё годы, если не десятилетия, даже после того, как само нейтронное излучение прекратилось. Данный феномен называется «наведённая радиоактивность».
Нейтроны загрязняют материалы, из которых сделаны ядерные реакторы, ещё больше загрязнение будет в термоядерных установках (практически любая реакция синтеза выделяет нейтрон — потому-то и говорят много о гелии-3, которого много на Луне и мало на Земле, если его использовать как термоядерное топливо, то выход нейтронов из этой реакции будет минимальным). При строительстве реакторов стараются избегать использования таких материалов, как, например, никель, серебро, молибден или висмут — они при облучении нейтронами дают изотопы с периодом полураспадада, исчисляющиеся тысячами лет. В то же время, такие материалы, как титан, вольфрам, марганец или хром — наоборот, дают изотопы, которые потеряют активность уже через несколько десятков лет (успокаивает, не правда ли?).
Поскольку поглощение нейтронного излучения сопровождается гамма-излучением, необходимо применять многослойные экраны из различных материалов: свинец-полиэтилен, сталь — вода и т. д.
Гамма-излучение — то же электромагнитное излучение, что и видимый свет, только с намного меньшей длиной волны и, соответственно, — большей частоты. Малая длина волны обеспечивает отличную проницаемость сквозь практически любой материал. В природе мы получаем гамма-кванты из тех же источников, что и в случае с альфа- и бета- излучением, то есть — в качестве продукта радиоактивного распада. После эмиссии альфа- или бета- частицы, ядро может находиться в возбуждённом состоянии. При переходе электронов в ядре в более низкое энергетическое состояние, они избавляются от избытка энергии, испуская фотон, обычно в гамма-диапазоне. Гамма-излучение так же сопровождает почти любую ядерную или термоядерную реакцию.
Чем опасно — если не попадать под него напрямую, то ничем. Разве что может нагреть материалы, которые были у него на пути. Если же подставиться под пучок гамма-квантов, то можно получить загар. Причём, так как ни кожа, ни мышцы гамма-излучение не останавливают, то загар внутренних органов, которые для этого не совсем приспособлены.
Как защититься? Толстым слоем свинца, бетона, хоть обеднённого урана — в целом, принцип такой — чем плотнее вещество, тем лучше. 1 см свинца здесь будет эквивалентен 4 см гранита, 6 см бетона или 9 см грунта.
Учёные придумали большое количество единиц измерения радиоактивности. Я перечислю только часть из них: рентген, рад, грэй, кюри, беккерель и даже такие экзотические, как «банановый эквивалент». В той или иной степени они отвечали потребностям учёных, однако они не являются универсальными, а главное — плохо информируют о степени биологического вреда, который может причинить то или иное излучение. В системе Си для этих целей имеется своя единица, определённая, как 1 джоуль полученной с излучением энергии, на 1 килограмм биологической ткани. Данная единица получила название в честь шведа Рольфа Зиверта.
Но не всё с Зивертом так просто, как может показаться. Раньше (а иногда и сейчас) использовалась единица бэр (биологический эквивалент рентгена), англ. rem (roentgen equivalent man) — устаревшая внесистемная единица измерения эквивалентной дозы. 100 бэр равны 1 зиверту. Также верно, что 100 рентген = 1 зиверт с оговоркой, что рассматривается биологическое действие рентгеновского излучения (или другого фотонного излучения, например, гамма-к=излучения).
Что здесь надо знать — что дозы бывают разными:
Поглощённая доза — тупо характеризует, сколько джоулей энергии было передано излучением веществу (любому). Её можно измерить объективно, измеряется в джоулях на килограмм и имеет название грей.
Эквивалентная доза. Не все излучения одинаково полезны. По воздействию на человеческий организм, равная поглощённая доза разных видов излучения наносит разный вред живым тканям. Для учёта данного вреда выражает биологический эффект облучения живого организма. Считается так же, как и поглощённая доза, однако потом домножается на специальный коэффициент (коэффициент качества, Q factor) самого излучения:
Здесь стоит обратить внимание на нейтроны. Может показаться, что чем больше энергия нейтронов, тем они будут вреднее, однако, это не совсем так. Наиболее вредными являются нейтроны с энергией около 1 МэВ, более быстрые нейтроны имеют тенденцию пролетать вас насквозь, причиняя меньше вреда.
Эквивалентная доза выражается уже в зивертах, однако, и она не позволяет достоверно оценить степень вреда, наносимого радиацией, так как не учитывает разную восприимчивость тканей действию ионизирующего излучения, поэтому ещё говорят об эффективной дозе.
Эффективная доза (или эффективная эквивалентная доза). Та же эквивалентная доза, но с учётом радиочувствительности разных тканей организма, иными словами — мера риска возникновения отдаленных последствий облучения. Эффективная доза рассчитывается как сумма эквивалентных доз по всем органам и тканям, умноженных на взвешивающие коэффициенты для этих органов, и отражает суммарный эффект облучения для организма. Коэффициенты выведены медиками с использованием статистики заболеваемости онкологическими заболеваниями в зависимости от полученной эквивалентной дозы (по версии 2007 года). Ранее использовалась статистика смертности и коэффициенты были несколько другие. Точные значения можно почерпнуть здесь.
Теперь, подкованные этим знанием, можно оценить дозы радиации не количественно, что скучно и не наглядно, а качественно — в сравнении друг с другом (да, эта картинка уже много раз публиковалась, но уж больно она хороша):
Собственно, весь этот раздел можно уместить в одной картинке. Что тут можно сказать — мы живём в радиоактивном мире, в котором излучает практически всё. Даже ваше собственное тело является источником радиоактивного излучения, и если вы спите рядом с кем-то, то нахватаетесь дозы и от соседа по койке. Бананы — и те содержат радиоактивный Калий-40.
На заре исследования радиоактивности для измерения уровня радиации использовали фотоплёнки — чем сильнее она засвечена, тем, соответственно, сильнее излучение.
В настоящее время самым распространённым детектором ионизирующего излучения является счётчик Гейгера (точнее Гейгера-Мюллера).
Его принцип действия до безобразия прост и использует тот факт, что излучение является ионизирующим. Внутри металлического полого цилиндра расположен металлический стержень, которые разъединены непроводящим электрический ток газом. На цилиндр и на стержень подаётся напряжение очень близкое к тому, чтобы пробить разрядом зазор между ними. По сути — это конденсатор. Если в цилиндр ударяет гамма-квант, то атом стенки ионизируется и испускает внутрь цилиндра электрон, который и инициирует пробой, который и создаёт характерный щелчок в динамике, подключённому в цепь. Чем больше в единицу времени прилетает гамма-квантов, тем интенсивнее треск.
Минус данного устройства в том, что он очень плохо регистрирует (вернее, совсем не регистрирует) нейтроны и альфа-частицы.
Есть и более совершенные, более чувствительные приборы, однако они более дорогостоящи, более громоздки и практически недоступны для доморощенного радиофоба.
Счётчик Гейгера является детектором излучения, не стоит путать его с дозиметром — более сложным прибором, который может иметь несколько детекторов разного типа. Такие приборы, как следует из названия, призваны измерять именно дозу полученной радиации согласно последним инструкциям ВЦСПС Международная комиссия по радиологической защите.
Накопленная доза и вред
Все эти детали запоминать радиофобу-параноику особо не нужно. Важно понимать смысл накопленной дозы. Если вы один час находитесь рядом с источником излучения 100 миллирентген в час, вы получите дозу в 100 миллирентген. И это будет равносильно вашему нахождению рядом с источником в 10 рентген в час, при условии, что возле него вы проведёте 36 секунд. Иными словами, важна не только мощность излучения, но и время, в течение которого вы ему подвергались — гораздо лучше получить 100 рентген за 20 лет, чем те же 100 рентген за минуту.
Если кто-то продолжает думать, что радиация сможет породить Годзиллу или, что укус радиоактивного паука дарует вам сверхспособности, но я поспешу их разочаровать — ничего такого не произойдёт.
Повреждённая ДНК либо не сможет обеспечить нормальный процесс деления клетки и тогда клетка умрёт, «не дав потомства», то есть клетки умирают в нормальном темпе, но не делятся. Может быть и хуже — клетка разделится, но уже с мутацией и будет продолжать делиться, что со временем может перерасти в раковую опухоль (это не обязательно, но риск возрастает на порядки).
Где найти радиацию?
Как ни странно — практически везде. Более того, именно природному радиоактивному фону мы должны быть благодарны за эволюцию и, в конечном счёте, — за наше существование. Простому обывателю весьма сложно схватить действительно большую дозу радиации, даже если он забредёт в зоны отчуждения в Припяти или Фукусиме (что, впрочем, не означает, что для дурака это невозможно). По большому счёту, даже если вы и окажетесь рядом с радиоактивными объектами, маловероятно, что вы успеете получить хоть сколько-нибудь значимую дозу.