Инфракрасное излучение или, простым языком, тепловое излучение, вид распространения тепла. Инфракрасное излучение отличается от обычного света тем, что, при попадании на предметы видимая часть спектра становится освещением, а инфракрасные волны поглощаются телом, трансформируясь в энергию тепла. Планета без него не могла бы существовать в том виде, в котором мы её знаем: не было бы жизни, не было бы нас с вами. Когда инфракрасное тепло распространяется в пространстве, потери энергии не происходит. Это излучение уникально тем, что каких либо негативных влияний на человека оно не оказывает. Мы его можем ощущать от солнца, печки, батареи. Рентгеновское и ультрафиолетовое излучение не имеют к нему никакого отношения. 80% солнечных лучей - длинноволновое инфракрасное излучение. Инфракрасный спектр имеет область с длинами волн от 7 до 14 мкм. Это средневолновая часть инфракрасного диапазона. Эта часть инфракрасного излучения соответствует излучению самого человеческого тела. Поэтому наш организм, воспринимает внешнее излучение с такими длинами волн, как родное, и, поглощая его оздоровляется. Эти лучи человек не может увидеть или осязать, но когда эти лучи проникают в организм человека, происходит передача живительной энергии и общее состояние человека улучшается на клеточном уровне. Инфракрасное тепло, ускоряя движение жидкости в организме, ликвидируют инертность молекул воды. Это ведёт к улучшению работоспособности мозга, замедлению процессов старения, повышению иммунитета
Влияние на микроциркуляцию крови
.
Когда организм принимает тепловую энергию от инфракрасного излучения, сосуды расширяются, поток крови и других жидкостей ускоряется, происходит уменьшение давления на сердце. Капилляры, играющие важнейшую роль в обмене веществ и поставки кислорода, обретают в себе усиленную циркуляцию крови. Улучшенная микроциркуляция, в организме влечёт активизацию обмена веществ, токсины и шлаки, выводятся из организма с меньшими препятствиями. Почки и печень, перестают испытывать повышенную нагрузку.
Влияние на и суставы и мышцы. Мышцы, получая, благодаря инфракрасному излучению, ускоренное кровоснабжение, обретают улучшенное питание и ускорение метаболических процессов. Подвижности суставов так же повышается.
Все живые существа излучают инфракрасное тепло. Но, свойство человеческого организма таково, что с каждым годом, способность к этому уменьшается. Причиной служит экология, неправильное питание, недостаток солнечного тепла. Клетки зашлаковываются и «устают», организм стареет. Количество инфракрасного тепла, излучаемое ребёнком и стариком, различается в десять раз. Когда происходит такое угасание функций организма, требуется помощь из вне.
Лишь очень небольшой процент веществ на планете, при нагревании, излучает инфракрасное тепло. Это в основном, минералы вулканического происхождения, некоторые виды камней, в частности нефрит, а так же красная глина. В Корее есть озеро, образовавшееся в кратере вулкана. Люди заметили закономерность, что больные находясь вокруг него на застывшей лаве, получают исцеление от неизлечимых болезней. Это и есть, действие инфракрасного излучения, которое застывшая лава, нагреваясь отдаёт находящимся на ней, живым организмам.
Английский физик, о смерти которого сообщают даже женские журналы, прожил бурную жизнь.
Кажется, в последние десятилетия его космически продвинутой инвалидной коляски, синтезатора речи и тоненькой струйки слюны из уголка рта не замечал уже никто. Это были просто привычные детали цельного образа, важного совсем другим.
Стивен Хокинг. Физик и математик, изучавший теорию Большого взрыва и чёрных дыр, родился в 1942 году, умер в марте 2018-го, и всё это в Оксбридже. Более полувека прикован к инвалидному креслу. Свои озарения об устройстве Вселенной и её будущем Хокинг озвучивал с помощью специально для него созданного синтезатора речи, научные труды (в том числе суперпопулярную «Краткую историю времени», вышедшую в 1988-м) набирал одним пальцем с помощью мышки - пока этот палец ещё двигался. Стал отцом троих детей, лауреатом нескольких десятков премий. Просветитель, популяризатор науки.Он прожил так, что сейчас, после его смерти, никто не говорит, что Стивен Хокинг — человек, который вопреки... Нет, только: человек, благодаря которому...
Учёные вспоминают его прорывы в изучении космоса; пацифисты — выступления за мир; обыватели — то, как он сделал Большой взрыв понятием, о котором стало модно болтать за обедом; те, кто верит в Бога, — о том, как он верил в свою удачу: повезло прожить единственную жизнь на Земле! Дети вспоминают Симпсонов, в которых есть персонаж на коляске, «Самый умный человек на планете», а таблоиды — два его брака и два развода.
И ещё кое-что.
Великий учёный открыл особое излучение чёрных дыр и назвал его своим именем. И оно, конечно, не только про космос.
Излучение Хокинга — это излучение жизни. То, как излучал её он — из чёрной дыры, в которую попало его тело. И то, как продолжит излучать даже после того, как ранним утром 14 марта он спокойно вдохнул воздух через дырочку в шее в последний раз в своём доме в Кембридже.
«Во Вселенной не было бы особенного смысла, если бы она не была домом для любимых людей», — сказал Хокинг однажды.
Джейн и путешествие в бесконечность
В его Вселенной остались любимые. Жизнь с одной из них сделала его Стивеном Хокингом, была не раз ею спасена, экранизирована и даже удостоена «Оскара». Жизнь с другой была «пылкой и бурной», становилась достоянием таблоидов и интересовала полицию. И всё это было. Не вопреки. А благодаря. Излучение Хокинга.
Жажда жизни, даже когда врачи говорят, что осталось всего 2 года, а тебе 20, у тебя первая любовь и пульсирующее в голове научное открытие, готовое созреть и лопнуть. Благодарность за шанс родиться и хлебнуть счастья на этой планете. Вера в то, что «для сломанных компьютеров (с ними он сравнивал погибающий человеческий мозг) не существует небес и бессмертья», а значит — надо успеть всё сейчас. Излучение жизни.
Он всё успел. Успел влюбиться в Джейн Уайлд , а она — в него. «Хокинг из сумасшедшей семейки», гениальный студент, ставящий ультиматумы профессорам и выбрасывающий в мусорную корзину свои работы, стеснительный молодой человек с низко падающей на закрытые очками в мощной оправе глаза неряшливой чёлкой.
«Он был эксцентричным феноменом, нонсенсом в пуританском и сонном Сент-Олбансе», — напишет Джейн спустя три десятилетия брака в своей книге «Путешествие в бесконечность».
Научные озарения, любовь и диагноз «Боковой амиотрофический склероз, нейродегенерация, от силы два года, молодой человек, ну два с половиной» совпали в пространстве и времени.
Хокинг собирался жениться и стать великим учёным, а предстояло — и уже началось: руки не слушались, ноги подкашивались — потерять контроль над всем телом и умереть от удушья, когда откажут и дыхательные мышцы.
Стивен перестал отвечать на телефонные звонки. Тогда Джейн пришла своими ногами.
Они поженились, и он стал великим учёным.
Джейн постаралась.
«В нашем браке нас было четверо»
Пока тело Стивена неумолимо проваливалось в свою чёрную дыру, мышца за мышцей (так, что в конце его жизни осталась только одна, мимическая, на щеке, она — при участии компьютера, конечно, — и помогала ему управлять всей своей жизнью), разум отвоёвывал себе всё новые территории, Джейн год за годом несла тихую службу: рожала детей (троих, Люси , Роберта и Тима , и это тоже было чудо), измельчала мужу пищу, застёгивала на нём пуговицы и, опоясавшись младенцами, летала с ним по всему миру.
«Проблема нашего брака была в том, что в нём было четыре партнёра: я, Стивен, болезнь и физика».
Стивен Хокинг с первой женой Джейн Уайлд и их детьми Робертом и Люси жарят барбекю, 1977 г. pic.twitter.com/QKzYTJDG6k
— Фотографии прошлого (@HISTORYofPHOTOS) 26 июня 2017 г.
Хокинг стал настолько великим, а она настолько святой, что, как вспоминала Джейн уже в 2015-м, их отношения стали похожи на отношения «хозяина и раба». Многочисленные воздыхатели Стивена портили семейную жизнь («О, ты такой умный! Я должна целовать землю под твоими стопами — в данном случае колёсами» — согласитесь, это не то, что обычно жена говорит мужу), а сменяющиеся сиделки делали её просто невыносимой.
«Я чувствовала, что больше не могу, и несколько раз была на грани самоубийства». Любовь, разбившаяся о быт ухода за человеком, который понимает о мире больше, чем целый научный институт, но не может даже почесать себе нос, любовь, истончившаяся до ниточки, задавленная десятилетиями жертвования, любовь, которую не спасал уже даже знаменитый хокинговский юмор...Теперь спасать надо было Джейн.
И Хокинг пошёл на это. Жена начинает петь в церковном хоре. Чтобы набрать полные лёгкие, отвлечься, подумать о себе... Встречает другого человека. Он обычный, земной, которому ничего не надо от Джейн — кроме самой Джейн.
Шляпка, перчатки, нитка жемчуга вокруг шеи. Музыка. И никакой физики... Джонатан Джонсон , руководитель хора, становится другом семьи. Помогает Джейн, восхищается Стивеном, молчит о своём.
Хокинг тоже теряет голос. Буквально. Во время тяжелейшей пневмонии, когда учёный был безнадёжен, врачи предлагали жене отключить его от аппаратов. Но Джейн приняла другое решение. Она подарила мужу ещё много лет, отказавшись от отключения.
Хокингу провели трахеотомию: пробили в горле ход для воздуха. Он смог дышать, но перестал говорить. Так за него стал говорить компьютер, и в многочисленных интервью по телевидению хокинговские предсказания о будущем Земли, озвученные металлическим голосом робота, стали звучать совсем инфернально.Чем меньше в нём оставалось тела, тем больше было излучения — которое порой выжигало близких... Хокинг встречался с британской королевой и Бараком Обамой , парил в невесомости и снимался в роли самого себя в телешоу, его книга «Краткая история времени» расходилась миллионными тиражами, он стал звездой — блеск которой порой холоден и колет так, что хочется зажмуриться...
Queen Elizabeth meets Stephen Hawking during a reception for Leonard Cheshire Disability charity at St James"s Palace in London May 29, 2014. pic.twitter.com/uOhnScNOyD
— Boateng Duka Kofi (@DukaKofi)
Радиация является постоянным спутником жизни человека. Мы живем в мире, в котором радиация присутствует повсюду. Свет и тепло ядерных реакций на Солнце являются необходимыми условиями нашего существования. Радиоактивные вещества естественного происхождения присутствуют в окружающей среде. Наше тело содержит радиоактивные изотопы 14 C, 40 K, 210 Po. Зарождение жизни на Земле и её последующая эволюция протекали в условиях постоянного воздействия радиации.
Долгоживущие радиоактивные изотопы
В природе существует ~ 45 радиоактивных изотопов, период полураспада которых
сопоставим или больше возраста Вселенной (13.7·10 9 лет).
В таблице 16.1 перечислены изотопы, период полураспада которых превышает 10 9
лет. Большинство долгоживущих радиоактивных изотопов в результате нескольких
последовательных распадов превращается в стабильные изотопы.
Явление радиоактивности широко используется в науке, технике, медицине,
промышленности. Рентгеновские лучи и радиоактивные изотопы используются в
медицинских исследованиях. Однако сразу же стало ясно, что радиация является
потенциально опасным источником для живых организмов. В больших объёмах
искусственные радионуклиды образуются в качестве побочного продукта на
предприятиях оборонной промышленности и атомной энергетики. Попадая в окружающую
среду, они оказывают негативное воздействие на живые организмы. Для правильной
оценки радиационной опасности необходимо чёткое представление о масштабах
загрязнения окружающей среды, о реальных механизмах действия радиации,
последствиях и существующих мерах защиты.
Радиация − обобщённое понятие. Оно включает различные виды излучений, часть
которых встречается природе, другие получаются искусственным путем. Прежде всего,
следует различать корпускулярное излучение состоящее из частиц с массой отличной
от нуля, и электромагнитное излучение. Корпускулярное излучение может состоять
как из заряженных, так и из нейтральных частиц.
Альфа-излучение
− представляет собой ядра гелия, которые испускаются при радиоактивном распаде
элементов тяжёлее свинца или образуются в ядерных реакциях.
Бета-излучение
− это электроны или позитроны, которые образуются при бета-распаде различных
элементов от самых лёгких (нейтрон) до самых тяжёлых.
Космическое излучение
.
Приходит на Землю из космоса. В его состав входят преимущественно протоны и ядра
гелия. Более тяжёлые элементы составляют менее 1%. Проникая вглубь атмосферы,
космическое излучение взаимодействует с ядрами, входящими состав атмосферы, и
образует потоки вторичных частиц (мезоны, гамма-кванты, нейтроны и др.).
Нейтроны
.
Образуются в ядерных реакциях (в ядерных реакторах и в других
промышленных и исследовательских установках, а также при ядерных взрывах).
Продукты деления. Содержатся в радиоактивных отходах переработанного топлива
ядерных реакторов.
Протоны, ионы
.
В основном получаются на ускорителях.
Таблица 16.1
Долгоживущие радиоактивные изотопы,
период полураспада которых превышает 10
9
лет
| Изотоп, массовое число | Период полураспада, лет | Канал распада | Изотоп, массовое число | Период полураспада, лет | Канал распада |
|---|---|---|---|---|---|
| K-40 | 1.25·10 9 |
β
(89%),
ε (11%) |
Ce-136 | ≥0.7·10 14 | 2ε |
| Ca-40 | ≥3·10 21 | 2ε | Ce-138 | ≥0.9·10 14 | 2ε |
| Ca-46 | >2.8·10 15 | 2β - | Ce-142 | ≥5·10 16 | 2β - |
| Ca-48 | 1.9·10 19 |
2β -
(75%),
β (25%) |
Nd-144 | 2.3·10 15 | α |
| V-50 | 1.4·10 17 |
ε
(83%),
β - (17%) |
Nd-150 | 0.8·10 19 | 2β - |
| Cr-50 | ≥1.3·10 18 | 2ε | Sm-147 | 1.1·10 11 | α |
| Zn-70 | ≥1.3·10 16 | 2β - | Gd-152 | 1.1·10 14 | α |
| Kr-78 | ≥2.3·10 20 | 2ε | Gd-160 | ≥3.1·10 19 | 2β - |
| Rb-87 | 4.8·10 10 | β - | Lu-176 | 3.8·10 10 | β - |
| Zr-96 | 2·10 19 | 2β - | Hd-174 | 2.0·10 15 | α |
| Mo-100 | 7.3·10 18 | 2β - | Ta-180 | 1.2·10 15 | ? |
| Cd-113 | 7.7·10 15 | β - | W-180 | 1.8·10 18 | α |
| Cd-116 | 3.1·10 19 | 2β - | W-182 | 8.3·10 18 | α |
| In-115 | 4.4·10 14 | β - | W-183 | 1.3·10 19 | α |
| Te-123 | ≥9.2·10 16 | ε | W-186 | 4.1·10 10 | α |
| Te-128 | 8.8·10 18 | 2β - | Re-187 | 3.1·10 19 | β - |
| Te-130 | ≥5.0·10 23 | 2β - | Os-184 | 5.6·10 13 | α |
| Xe-124 | ≥1.6·10 14 | 2ε | Os-186 | 2.0·10 15 | α |
| Xe-134 | ≥5.8·10 22 | 2β - | Pt-190 | 6.5·10 11 | α |
| Xe-136 | ≥2.4·10 21 | 2β - | Pb-204 | 1.4·10 17 | α |
| Ba-132 | 3.0·10 21 | 2ε | Th-232 | 1.4·10 10 | α |
| La-138 | ≥1.0·10 11 | ε (65,6 %), β - (34,4%) | U-235 | 0.7·10 9 |
α
(93%),
SF (7%) |
| U-238 | 4.4·10 9 | α |
Электромагнитное излучение имеет широкий спектр энергий и различные источники: гамма-излучение атомных ядер и тормозное излучение ускоренных электронов, радиоволны (таблица 16.2).
Таблица 16.2
Характеристики электромагнитных излучений
| Энергия, эВ | Длина волны, м | Частота, Гц | Источник излучения |
|---|---|---|---|
| 10 9 | 10 – 16 | 10 24 |
Тормозное излучение |
| 10 5 | 10 – 12 | 10 20 |
Гамма излучение ядер |
| 10 3 | 10 – 10 | 10 18 |
Рентгеновское излучение |
| 10 1 | 10 – 8 | 10 16 |
Ультрафиолетовое излучение |
| 10 – 1 | 10 – 6 | 10 14 |
Видимый свет |
| 10 – 3 | 10 – 4 | 10 12 |
Инфракрасное излучение |
| 10 – 5 | 10 – 2 | 10 10 | Микроволновое излучение |
| 10 – 7 | 10 – 0 | 10 8 | СВЧ |
| 10 – 9 | 10 2 | 10 6 | Радиоволны ВЧ |
| 10 – 11 | 10 4 | 10 4 | Радиоволны НЧ |
Различные виды радиации по-разному взаимодействуют с веществом в зависимости от
типа испускаемых частиц, их заряда, массы и энергии. Заряженные частицы
ионизируют атомы вещества, взаимодействуя с атомными электронами.
Нейтроны и гамма-кванты, сталкиваясь с заряженными частицами в веществе,
передают им свою энергию, в случае гамма-квантов возможно рождение
электрон-позитронных пар. Эти вторичные заряженные частицы, тормозясь в
веществе, вызывают его ионизацию. Воздействие излучения на вещество на
промежуточном этапе приводит к образованию быстрых заряженных частиц и ионов.
Радиационные повреждения вызываются в основном этими вторичными частицами, так
как они взаимодействуют с большим количеством атомов, чем частицы первичного
излучения. В конечном итоге энергия первичной частицы трансформируется в
кинетическую энергию большого количества атомов среды и приводит к ее разогреву
и ионизации.
В органах и тканях биологических объектов, как и в любой среде, при облучении в
результате поглощения энергии идут процессы ионизации и возбуждения атомов. Эти
процессы лежат в основе биологического действия излучений. Его мерой служит
количество поглощенной в организме энергии.
В реакции организма на облучение можно выделить четыре фазы. Длительность
первых трёх быстрых фаз не превышает единиц микросекунд, в течение которых
происходят различные молекулярные изменения. В четвёртой медленной фазе эти
изменения переходят в функциональные и структурные нарушения в клетках, органах
и организме в целом.
Первая, физическая фаза ионизации и возбуждения атомов длится 10 –
13
с. Вo второй, химико-физической фазе, протекающей 10 –10
с образуются высокоактивные в химическом отношении радикалы, которые,
взаимодействуя с различными соединениями, дают начало вторичным радикалам,
имеющим значительно большие по сравнению с первичными сроки жизни. В третьей,
химической фазе, длящейся 10 –
6
с, образовавшиеся радикалы, вступают в реакции с органическими молекулами
клеток, что приводит к изменению биологических свойств молекул.
Описанные процессы первых трёх фаз являются первичными и определяют дальнейшее
развитие лучевого поражения. В следующей за ними четвёртой, биологической фазе
химические изменения молекул преобразуются в клеточные изменения. Наиболее
чувствительным к облучению является ядро клетки, а наибольшие последствия
вызывает повреждение ДНК, содержащей наследственную информацию. В результате
облучения в зависимости от величины поглощённой дозы клетка гибнет или
становится неполноценной в функциональном отношении. Время протекания четвёртой
фазы очень различно и в зависимости от условий может растянуться на годы или
даже на всю жизнь.
Бета-излучение
обладает большей проникающей способностью. Пробег
бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани
нескольких сантиметров. Так пробег электронов с энергией 4 МэВ в воздухе
составляет 17.8 м, а в биологической ткани 2.6 см.
Гамма-излучение
имеет еще более высокую проникающую способность. Если
внешнее альфа- и бета-излучение поглощается как правило в одежде или коже и
представляет в основном опасность при попадании радионуклидов внутрь организма,
то при внешнем гамма-облучении его воздействию подвергается весь организм. Это с
одной стороны требует специальных мер защиты от гамма-излучения, а с другой
позволяет использовать его в разнообразных методах дистанционной диагностики.
Рис. 16.1. Схематическое изображение проникающей способности различных излучений.
Нейтроны
.
Биологический эффект от действия тепловых нейтронов в основном
обусловлен процессами H(n,
γ) 2 H
и l4 N(n,
p) l4 C.
Сечения этих реакций составляют соответственно 0.33 и 1.76 барн. Основной
эффект воздействия на биологическую ткань происходит под действием протонов,
образующихся в реакции (n,
p) и теряющих всю свою энергию в
месте рождения.
Для
медленных нейтронов
большая часть энергии расходуется на возбуждение и расщепление молекул ткани.
Для быстрых нейтронов
до 90 % энергии в ткани теряется при упругом взаимодействии. При этом основным
процессом является рассеяние нейтронов на протонах. Дальнейшее выделение
энергии происходит в результате ионизации среды протонами отдачи.
Дозы излучения и единицы измерения
Действие ионизирующих излучений представляет собой сложный процесс. Эффект облучения зависит от величины поглощенной дозы, ее мощности, вида излучения, объема облученных тканей и органов. Для его количественной оценки введены специальные единицы, которые делятся на внесистемные и единицы в системе СИ. Сейчас используются преимущественно единицы системы СИ. В таблице 16.3 дан перечень единиц измерения радиологических величин и проведено сравнение единиц системы СИ и внесистемных единиц.
Таблица 16.3
Основные радиологические величины и их единицы
| Физическая величина |
Единица, её наименование, обозначение (международное, русское) |
Соотношение между внесистемной единицей и единицей СИ | |
|---|---|---|---|
| внесистемные | СИ | ||
|
Активность нуклида в радиоактивном источнике |
кюри (Ci, Ки) |
беккерель (Bq, Бк) |
1 Ки = 3.7·10 10 Бк |
| Экспозиционная доза излучения | рентген (R, Р) | кулон/килограмм (C/kg, Кл/кг) |
1Р = 2.58·10 -4 Кл/кг |
| Поглощённая доза излучения | рад (rad, рад) | грей (Gy, Гр) = Дж/кг | 1 рад = 0.01 Гр |
| Эквивалентная доза излучения | бэр (rem, бэр) | зиверт (Sv, Зв) | 1 бэр = 0.01 Зв |
| Мощность экспозиционной дозы излучения | рентген в секунду (R/s, Р/с) | ампер/килограмм (A/kg, А/кг) |
1 Р/с = 2.58·10 -4 А/кг |
| Мощность поглощённой дозы излучения | рад в секунду (rad/s, рад/с) | грей в секунду (Gy/s, Гр/с) |
1 рад/с = 0.01 Гр/с |
| Мощность эквивалентной дозы излучения | бэр в секунду (rem/s, бэр/с) | зиверт в секунду (Sv/c, Зв/с) |
1 бэр/с = 0.01 Зв/с |
| Интегральная доза излучения |
рад-грамм (rad·g, рад·г) |
грей-килограмм (Gy · kg, Гр · кг) |
1 рад·г =
10 -5 Гр·кг |
Экспозиционная доза X. В качестве количественной меры рентгеновского и γ-излучения принято использовать во внесистемных единицах экспозиционную дозу определяемую зарядом вторичных частиц dQ, образующихся в массе вещества dm при полном торможении всех заряженных частиц:
X = dQ/dm..
Единица экспозиционной дозы − рентген (Р).Рентген − это экспозиционная доза рентгеновского и γ-излучения, создающая в 1 см 3 воздуха при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст. суммарный заряд ионов одного знака в одну электростатическую единицу количества электричества. Экспозиционной дозе 1 Р соответствует 2.08·10 9 пар ионов . Если принять среднюю энергию образования 1 пары ионов в воздухе равной 33.85 эВ, то при экспозиционной дозе 1 Р одному кубическому сантиметру воздуха передается энергия, равная:
T = (2.08·10 9)×33.85×(1.6·10 -12) = 0.113 эрг,
а одному грамму воздуха:
T/ρ возд = 0.113/0.001293 = 87.3 эрг.
Поглощённая доза D − основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dE, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:
D = dE/dm.
Единица поглощённой дозы − грей (Гр).
1 Гр = 1 Дж/ кг = 100 рад = 10 4 эрг/ г.
Внесистемная единица рад определяется как поглощённая доза любого ионизирующего излучения, равная 100 эрг на 1 грамм облучённого вещества.
Эквивалентная доза Н. Изучение результатов облучения живых тканей показывает, что при одинаковой поглощенной дозе различные виды радиации имеют различное биологическое воздействие на организм. Для оценки возможного ущерба здоровью человека в условиях хронического облучения введено понятие эквивалентной дозы Н, равной произведению поглощённой дозы D r , созданной облучением r и усреднённой по анализируемому органу или по всему организму, на весовой множитель W r , называемый ещё коэффициентом качества излучения (таблица 16.4).
H = ∑W r D r .
Единицей измерения эквивалентной дозы является Джоуль на килограмм. Она имеет
специальное наименование − зиверт
(Зв).
Влияние облучения носит неравномерный характер. Для оценки ущерба здоровью
человека за счет различного влияния облучения на разные органы (в условиях
равномерного облучения всего тела) введено понятие эффективной эквивалентной дозы
E эфф ,
применяемое при оценке возможных стохастических эффектов − злокачественных
новообразований.
Таблица 16.4
Коэффициенты относительной биологической эффективности (коэффициенты качества) W r для различных видов излучения
| Вид и энергия излучения |
Весовой
|
||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Фотоны, все энергии | 1 | ||||||||||||||||
| Электроны и мюоны, все энергии | 1 | ||||||||||||||||
|
Предельно допустимые дозы облученияНормы радиационной безопасности разрабатываются на международном уровне и
уровне государства и предназначены для регламентации облучения людей (табл.
16.5). в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников облучения; в результате радиационной аварии; от природных источников излучения; при медицинском облучении. Предел индивидуального пожизненного риска (вероятности возникновения у человека
какого-либо эффекта в результате облучения) в условиях нормальной эксплуатации
для техногенного облучения в течение года персонала принимается равным 1.0·10 -3 ,
а для населения − 5.0·10 -5 .
Уровень пренебрежимого риска составляет 10 -6 . персонал, работающий на предприятии атомной промышленности (группы А и Б); всё население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности. Таблица 16.5 Основные пределы доз |
|
|
* Допускается одновременное облучение до указанных пределов по всем
нормируемым величинам.
** Основные пределы доз, как и все остальные уровни облучения
персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.
*** Относится к дозе на глубине 300 мг/
см 2 .
**** Относится к среднему по площади в 1 см 2
значению в базальном слое кожи толщиной 5 мг/
см 2
под покровным слоем толщиной 5 мг/
см 2 . На ладонях толщина
покровного слоя - 40 мг/
см 2 . Указанным пределом допускается
облучение всей кожи человека при условии, что в пределах усреднённого облучения
любого 1 см 2
кожи этот предел не будет превышен. Предел дозы при облучении кожи лица
обеспечивает непревышение предела дозы на хрусталик глаза от бета-частиц.
Воздействие радиации на человека
Таблица 16.6
Радиационные эффекты облучения человека
Эффекты воздействия радиации на человека обычно делятся на две категории (таблица 16.6):
- Соматические (телесные) − возникающие в организме человека, который подвергался облучению;
- Генетические − связанные с повреждением генетического аппарата и проявляющиеся в последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки человека, подвергшегося облучению.
Зависимость тяжести нарушения от величины дозы облучения показана в таблице 16.7.
Таблица 16.7
Воздействие различных доз облучения на человеческий организм
|
Доза, Гр |
Причина и результат воздействия |
| (0.7 ÷ 2)10 -3 | Доза от естественных источников в год |
| 0.05 | Предельно допустимая доза профессионального облучения в год |
| 0.1 | Уровень удвоения вероятности генных мутаций |
| 0.25 | Однократная доза оправданного риска в чрезвычайных обстоятельствах |
| 1.0 | Доза возникновения острой лучевой болезни |
| 3 ÷ 5 | Без лечения 50% облученных умирает в течение 1–2 месяцев вследствие нарушения деятельности клеток костного мозга |
| 10 ÷ 50 | Смерть наступает через 1–2 недели вследствие поражений главным образом желудочно-кишечного тракта |
| 100 | Смерть наступает через несколько часов или дней вследствие повреждения центральной нервной системы |
Меры радиационной защиты персонала и населения регламентируются нормами
радиационной безопасности и основными санитарными правилами.
Меры защиты направлены на ограничение облучения дозой ниже порога возникновения
этих эффектов (нормирование годовой дозы).
В случаях аварийных ситуаций принимаются дополнительные меры защиты,
обеспечивающие снижение дозы облучения населения загрязненной территории и
включающие:
отселение жителей (временное или постоянное);
отчуждение загрязненной территории или ограничение проживания и функционирования населения на этой территории;
Радиоактивность человека
Организм человека состоит из различных химических элементов, которые находятся в определённой пропорции. Среди этих химических элементов два элемента занимают особое положение, это углерод и калий. Их выделенность обусловлена тем, что среди различных изотопов этих химических элементов есть изотопы, которые имеют большой период полураспада, они накапливаются внутри организма и являются источником внутренней радиоактивности человека. Изотопный состав углерода приведен в таблице 16.8.
14 СТаблица 16.8
Изотопный состав углерода С
Радиоактивный углерод 14 С образуется на Земле при взаимодействии нейтронов космических лучей с ядрами азота атмосферы.
14 N + n → 14 С + p.
Ежегодно в атмосфере Земли под действием космических нейтронов образуется 8 кг радиоактивного углерода 14 С , столько же 14 С распадается в течение года, т.е. радиоуглерод находится в равновесии. Всего в атмосфере Земли находится ≈ 60 тонн изотопа 14 С , что составляет ≈ 1.2·10 -14 % относительно изотопа 1 2 С . Изотоп 14 С присутствует в экологической цепочке в виде соединения 14 С O 2 , молекулы которого равномерно перемешиваются с воздухом атмосферы и усваивается растениями в процессе фотосинтеза. Радиоуглерод в виде различных соединений входит в состав морской воды и океанов. Схема распада изотопа 14 С показана на рис. 16.2.
Рис. 16.2. Схема распада изотопа 14 С .
Известно, что в 1 г природного углерода за счет присутствия изотопа 14 С происходит 15.3 распадов изотопа 14 С в минуту. В человеке массой 70 кг содержится 14 кг углерода. Поэтому в организме человека будут происходить 15.3×70·10 3 = 1.1·10 6 распадов изотопа 14 С в минуту. Энергия β - -распада Q β = 0.16 МэВ.
40 KВ таблице 16.9 приведена распространенность долгоживущих изотопов K в земной коре.
Таблица 16.9
Изотопный состав калия K
На рис. 16.3 приведена схема распада радиоактивного изотопа 40 K.
Рис. 16.3. Схема распада изотопа 40 K.
Q(β +) = 0.48 МэВ, Q(е-захват) = 1.507 МэВ, Q(β -) = 1.31 МэВ
Изотоп
40 K
может распадаться как в результате β + -распада и е-захвата, превращаясь в изотоп
40 Ar,
так 40 K и в результате β - -распада,
превращаясь в изотоп 40 Ca.
Относительные вероятности распадов приведены на рис. 16.3 в скобках.
В человеке массой 70 кг содержится 0.2% калия (140 г). Следовательно, число
ядер радиоактивного 40 K
составляет 2.5·10 20
ядер. Исходя из периода полураспада число распадов радиоактивного калия 40 K
в организме человека равно
.
РАДИАЦИЯ КАК НЕОТЪЕМЛЕМАЯ ЧАСТЬ ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА
МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 90», г. Северск
E-mail: *****@***ru
Введение
С давних времен человек совершенствовал себя, как физически, так и умственно, создавая и совершенствуя орудия труда. Постоянная нехватка энергии заставляла человека искать и находить новые ее источники, использовать их, не заботясь о будущем. Один из примеров – паровой двигатель, создание которого побудило человека к постройке огромных фабрик, что, в свою очередь, повлекло мгновенное ухудшение экологии в городах. Другим примером служит создание каскадов гидроэлектростанций, затопивших огромные территории и изменившие до неузнаваемости экосистемы отдельных районов. В конце XIX в. Пьером и Марией Кюри было открыто явление радиоактивности, благодаря которому был совершен существенный прорыв в области медицины и в различных отраслях промышленности, включая энергетику.
Среди вопросов, представляющих научный интерес, немногие приковывают к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду. К сожалению, достоверная научная информация по этому вопросу очень часто не доходит до населения, которое пользуется всевозможными слухами. Слишком часто аргументация противников атомной энергетики опирается исключительно на чувства и эмоции. Столь же часто выступления сторонников ее развития сводятся к мало обоснованным успокоительным заверениям.
Радиоактивность следует рассматривать как неотъемлемую часть нашей жизни, но без знания закономерностей процессов, связанных с радиационным излучением, невозможно реально оценить ситуацию.
Радиация
Радиация – излучение энергии ядрами атомов в виде частиц или электромагнитных волн.
Она существовала на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовала в космосе еще до возникновения самой Земли. Все живое на Земле возникло и развивалось в условиях воздействия ионизирующей радиации, которая стала постоянным спутником человека. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее зарождения. Даже человек радиоактивен, так как в любой живой ткани присутствуют радиоактивные вещества природного происхождения. За сто лет изучения радиации ученые накопили большой опыт в этой области. Как это не покажется на первый взгляд странным, но действие радиации на человека изучено лучше, чем действие многих других факторов физической или химической природы.
В 1896 году французский ученый Анри Беккерель случайно обнаружил, что после продолжительного соприкосновения с куском минерала, содержащего уран, на фотографических пластинках после проявки появились следы излучения. Позже этим явлением заинтересовались Мария Кюри и Пьер Кюри . В 1898 году они обнаружили, что в результате излучения уран превращается в другие элементы, которые молодые ученые назвали полонием и радием. К сожалению люди, профессионально занимающиеся радиацией, подвергали свое здоровье, и даже жизнь, опасности из-за частого контакта с радиоактивными веществами. Несмотря на это исследования продолжались, в результате которых человечество располагает весьма достоверными сведениями о процессе протекания реакций в радиоактивных массах, в значительной мере обусловленных особенностями строения и свойствами атома.
Различают несколько видов излучения:
- альфа-частицы – положительно заряженные ядра гелия;
- бета-частицы – обычные электроны;
- гамма-частицы – высокоэнергетические фотоны, обладающие высокой проникающей способностью;
- нейтроны – электрически нейтральные частицы, возникающие в основном при ядерных взаимодействиях, происходящих в атомных реакторах;
- рентгеновские лучи – похожи на гамма-излучение, но имеют меньшую энергию. Кстати, Солнце – один из естественных источников таких лучей, но защиту от солнечной радиации обеспечивает атмосфера Земли.
Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов , использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации.
Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой тип облучения называют внутренним.
Естественная радиоактивность
Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно все, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час. В связи с тем, что повлиять на естественный уровень радиации мы практически не можем, нужно стараться максимально оградить себя от факторов, приводящих к значительному превышению допустимых значений.
Откуда же берется естественная радиоактивность? Существует три основных источника:
1 Космическое излучение и солнечная радиация – это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и все живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надежный защитник – атмосфера. Впрочем, интенсивная человеческая деятельность приводит к появлению озоновых дыр и истончению естественной оболочки, поэтому в любом случае следует избегать воздействия прямых солнечных лучей.
Ученые отмечают, что именно с проявлением космической радиации связаны частые случаи бесплодия у стюардесс, которые основное рабочее время проводят на высоте более десяти тысяч метров. Впрочем, обычным гражданам, не увлекающимися частыми перелетами, волноваться о космическом излучении не стоит.
2 Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В ее поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозем и т. п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведет к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания.
3 Радон – это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, и, как правило, именно он становится причиной радиоактивности строительных материалов. Радон активно поступает в наши дома с бытовым газом, водопроводной водой (особенно, если ее добывают из очень глубоких скважин), или же просто просачивается через микротрещины почвы, накапливаясь в подвалах и на нижних этажах. Снизить содержание радона, в отличие от других источников радиации, очень просто: достаточно регулярно проветривать помещение и концентрация опасного газа уменьшится в несколько раз.
Искусственная (техногенная) радиоактивность
В отличие от естественных источников радиации, искусственная радиоактивность возникла и распространяется исключительно силами людей. К основным техногенным радиоактивным источникам относят ядерное оружие, промышленные отходы, АЭС , медицинское оборудование , предметы старины, вывезенные из «запретных» зон после аварии Чернобыльской АЭС, некоторые драгоценные камни . Радиация может попадать в наш организм как угодно, часто виной этому становятся предметы, не вызывающие у нас никаких подозрений. Существует огромное количество общеупотребительных предметов, являющихся источником облучения. Например, часы со светящимся циферблатом, компасы, телефонные диски, прицелы.
Основной вклад в загрязнение от искусственных источников вносят различные медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Основной прибор, без которого не может обойтись ни одна крупная клиника – рентгеновский аппарат, но существует множество других методов диагностики и лечения, связанных с использованием радиоизотопов. Облучение в медицине не столь опасно, если им не злоупотреблять.
Следующий источник облучения, созданный руками человека – радиоактивные осадки, выпавшие в результате испытания ядерного оружия в атмосфере.
В результате взрыва часть радиоактивных веществ выпадает неподалеку от полигона, часть задерживается в тропосфере и затем в течение месяца перемещается ветром на большие расстояния, постепенно оседая на землю, при этом оставаясь примерно на одной и той же широте. Однако большая доля радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу и остается там более продолжительное время, также рассеиваясь по земной поверхности.
Одним из наиболее обсуждаемых сегодня источников радиационного излучения является атомная энергетика. Процесс производства энергии из ядерного топлива сложен и проходит в несколько стадий.
Ядерный топливный цикл начинается с добычи и обогащения урановой руды, затем производится само ядерное топливо, а после отработки топлива на АЭС иногда возможно вторичное его использование через извлечение из него урана и плутония. Завершающей стадией цикла является, как правило, захоронение радиоактивных отходов.
На каждом этапе происходит выделение в окружающую среду радиоактивных веществ. Кроме того, серьезной проблемой является захоронение радиоактивных отходов, которые еще на протяжении тысяч и миллионов лет будут продолжать служить источником загрязнения.
Жизнь по соседству с радиацией
На востоке Крыма существует угроза радиоактивного заражения. В окрестностях Керчи под землей находятся корпуса стратегических бомбардировщиков , которые участвовали в испытаниях ядерных бомб на Семипалатинском полигоне. По данным экологов, уровень радиации на месте захоронения многократно превышает допустимую норму.
Однако секретный объект практически не охраняется. Местные жители собирают там металлолом, охотятся на зайцев и ходят по грибы. Территория за колючей проволокой – любимое место для игр детей. По словам врачей, у половины местных школьников увеличена щитовидная железа.
По мнению профессора Брянского государственного университета Владимира Михалева, доктора медицинских наук, на многих детей, живущих в пострадавших от Чернобыльской аварии районах, радиация оказала стимулирующее воздействие. Он в течение нескольких лет изучал развитие детей , как в Чернобыльской зоне, так и в незараженных местах. По его словам, исследования показывают, что многие ребята из пострадавших районов стали расти быстрее, они живее реагируют на раздражители, а ум их более подвижный. Иммунная система у них мощнее, чем у сверстников из других мест.
Не только человек приспосабливается к жизни в зонах повышенной радиоактивности. Недавно учеными Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна были обнаружены грибы, способные существовать за счет радиации. Черные грибы, обнаруженные непосредственно на стенах разрушенного чернобыльского реактора, питаются, используя в качестве источника энергии исключительно радиоактивное излучение.
Радиация в медицине
1 Метод меченых атомов
За последнюю четверть века радиация проникла во многие области человеческой деятельности, в том числе и в медицину. В биологических и медицинских исследованиях, а также в практической медицине ионизирующие излучения применяют шире, чем во многих других областях. Можно сказать, что некоторые современные биологические науки (такие, как биохимия , многие разделы физиологии и некоторые другие) не могут существовать и развиваться без методов, связанных с применением радиации. Наиболее молодая биологическая наука – молекулярная биология , не могла возникнуть без применения этих методов. Один из таких широко распространенных методов – метод меченых атомов. Мечеными атомами могут служить искусственные радиоактивные изотопы. Если ввести радиоактивные изотопы в состав соединений, а затем в живой организм, то их поведение в организме не отличается от поведения стабильных атомов, но излучение послужит меткой, которая даст возможность следить за их судьбой. Вводят радиоактивные изотопы в очень небольших количествах, так что их излучение не влияет на организм.
Меченые атомы послужили в исследованиях обмена веществ своеобразной «машиной времени». Они помогли узнать не только, какие химические преобразования происходят в организме, но и как скоро они происходят. Стало возможным изучить динамику процессов, ввести критерий времени.
2 Облучение Бетатроном в Томске
Томская школа онкологии – одна из лучших в России. Именно томичи начали облучать онкологически больных пациентов непосредственно во время операции. Это новая методика, которая не используется нигде в мире. Это большой шаг вперед и, как показали исследования, она дает прекрасные результаты. Для облучения необходим специальный прибор Бетатрон, изобретенный томскими физиками. Бетатрон – излучатель бета-частиц и быстрых электронов. Его устанавливают непосредственно в операционную. В нужный момент врачи покидают операционную, и прибор начинает действовать. Для наблюдения за пациентом в операционной установлена специальная камера.
Томская технология облучения вызвала большой интерес у онкологов мира. Уже побывали в Томске представители КНР и Италии, в ближайшее время томский Бетатрон установят в клиниках этих стран. А в Томском НИИ Интроскопии, где когда-то прибор придумали, работают над новым проектом. Излучатель нового поколения будет намного мощнее прежнего.
3 Нейтронная терапия онкологических заболеваний
В последнее время успехи в области лечения онкологических заболеваний связаны с применением ионизирующего излучения. Опухоль подвергается облучению γ-частицами в течение ряда сеансов, с различных направлений, чтобы снизить лучевую нагрузку на здоровые ткани, лежащие на пути к ней. Однако целый ряд опухолей является устойчивым к воздействию γ-излучения, включая некоторые виды опухолей мозга. Для их лечения применяются потоки тяжелых частиц – протонов и нейтронов, разрушающих клетки тканей на своем пути просто за счет высокой кинетической энергии. Нейтронная терапия, то есть облучение злокачественных новообразований потоками нейтронов, достигла значительных успехов. В результате лечения облучением нейтронами значительный процент больных впервые получают шанс на выздоровление. Применение нейтронной терапии существенно улучшает результаты лечения и других онкологических заболеваний.
Заключение
В своем докладе я хотел показать взаимосвязь жизни человека и радиации. Человек – кузнец своего счастья, и поэтому, если он хочет жить и выживать, то должен научиться безопасно использовать этого «джина из бутылки» под названием радиация. Если человек научится управлять им без вреда для себя и всего окружающего мира, то он достигнет небывалого рассвета цивилизации. Мы не имеем права и возможности уничтожить основной источник радиационного излучения, а именно природу. Кроме того, мы не можем и не должны отказываться от тех преимуществ, которые нам дает наше знание законов природы и умение ими воспользоваться.
Список литературы
1 Холл Э. Дж. – Радиация и жизнь – М.: Медицина, 1989.
2 Широков по ядерной физике – М.: Изд-во МГУ, 1980.
3 Большая Советская энциклопедия. Электронное издание. – М., 2003.