Радиоактивное излучение (или ионизирующее) – это энергия, которая высвобождается атомами в форме частиц или волн электромагнитной природы. Человек подвергается такому воздействию как через природные, так и через антропогенные источники.
Полезные свойства излучения позволили успешно использовать его в промышленности, медицине, научных экспериментах и исследованиях, сельском хозяйстве и других областях. Однако с распространением применения этого явления возникла угроза здоровью людей. Малая доза радиоактивного облучения способна повысить риск приобретения серьёзных заболеваний.
Отличие радиации от радиоактивности
Радиация, в широком смысле, означает излучение, то есть распространение энергии в виде волн или частиц. Радиоактивные излучения делят на три вида:
- альфа-излучение – поток ядер гелия-4;
- бета-излучение – поток электронов;
- гамма-излучение – поток высокоэнергетических фотонов.
Характеристика радиоактивных излучений основана на их энергии, пропускных свойствах и виде испускаемых частиц.
Альфа-излучение, которое представляет собой поток корпускул с положительным зарядом, может быть задержано толщей воздуха или одеждой. Этот вид практически не проникает через кожный покров, но при попадании в организм, например, через порезы, очень опасен и пагубно действует на внутренние органы.
Бета-излучение обладает большей энергией – электроны движутся с высокой скоростью, а их размеры малы. Поэтому данный вид радиации проникает через тонкую одежду и кожу глубоко в ткани. Экранировать бета-излучение можно при помощи алюминиевого листа в несколько миллиметров или толстой деревянной доски.
Гамма-излучение – это высокоэнергетическое излучение электромагнитной природы, которое обладает сильной проникающей способностью. Для защиты от него нужно использовать толстый слой бетона или пластину из тяжёлых металлов таких, как платина и свинец.
Феномен радиоактивности был обнаружен в 1896 году. Открытие сделал французский физик Беккерель. Радиоактивность – способность предметов, соединений, элементов испускать ионизирующее изучение, то есть радиацию. Причина явления заключается в нестабильности атомного ядра, которое при распаде выделяет энергию. Существует три вида радиоактивности:
- естественная – характерна для тяжёлых элементов, порядковый номер которых больше 82;
- искусственная – инициируется специально с помощью ядерных реакций;
- наведённая – свойственна объектам, которые сами становятся источником радиации, если их сильно облучить.
Элементы, обладающие радиоактивностью, называют радионуклидами. Каждый из них характеризуется:
- периодом полураспада;
- видом испускаемой радиации;
- энергией радиации;
- и другими свойствами.
Источники радиации
Человеческий организм регулярно подвергается действию радиоактивного излучения. Приблизительно 80% ежегодно получаемого количества приходится на космические лучи. В воздухе, воде и почве содержатся 60 радиоактивных элементов, являющихся источниками естественной радиации. Основным природным источником излучения считается инертный газ радон, высвобождающийся из земли и горных пород. Радионуклиды также проникают в организм человека с пищей. Часть ионизирующего облучения, которому подвергаются люди, исходит от антропогенных источников, начиная от атомных генераторов электричества и ядерных реакторов до используемой для лечения и диагностики радиации. На сегодняшний день распространёнными искусственными источниками излучения являются:
- медицинское оборудование (основной антропогенный источник радиации);
- радиохимическая промышленность (добыча, обогащение ядерного топлива, переработка ядерных отходов и их восстановление);
- радионуклиды, применяющиеся в сельском хозяйстве, лёгкой промышленности;
- аварии на радиохимических предприятиях, ядерные взрывы, радиационные выбросы
- строительные материалы.
Радиационное облучение по способу проникновения в организм делится на два типа: внутреннее и внешнее. Последнее характерно для распылённых в воздухе радионуклидов (аэрозоль, пыль). Они попадают на кожу или одежду. В таком случае источники радиации можно удалить, смыв их. Внешнее же облучение вызывает ожоги слизистых оболочек и кожных покровов. При внутреннем типе радионуклид попадает в кровоток, например, введением в вену или через раны, и удаляется путём экскреции или с помощью терапии. Такое облучение провоцирует злокачественные опухоли.
Радиоактивный фон существенно зависит от географического положения – в некоторых регионах уровень радиации может превышать средний в сотни раз.
Влияние радиации на здоровье человека
Радиоактивное излучение из-за ионизирующего действия приводит к образованию в организме человека свободных радикалов – химически активных агрессивных молекул, которые вызывают повреждение клеток и их гибель.
Особенно чувствительны к ним клетки ЖКТ, половой и кроветворной систем. Радиоактивное облучение нарушает их работу и вызывает тошноту, рвоту, нарушение стула, температуру. Воздействуя на ткани глаза, оно может привести к лучевой катаракте. К последствиям ионизирующего излучения также относят такие повреждения, как склероз сосудов, ухудшение иммунитета, нарушение генетического аппарата.
Система передачи наследственных данных имеет тонкую организацию. Свободные радикалы и их производные способны нарушать структуру ДНК – носителя генетической информации. Это приводит к возникновению мутаций, которые сказываются на здоровье последующих поколений.
Характер воздействия радиоактивного излучения на организм определяется рядом факторов:
- вид излучения;
- интенсивность радиации;
- индивидуальные особенности организма.
Результаты радиоактивного излучения могут проявиться не сразу. Иногда его последствия становятся заметны через значительный промежуток времени. При этом большая однократная доза радиации более опасна, чем долговременное облучение малыми дозами.
Поглощённое количество радиации характеризуется величиной, называемой Зиверт (Зв).
- Нормальный радиационный фон не превышает 0,2 мЗв/ч, что соответствует 20 микрорентгенам в час. При рентгенографии зуба человек получает 0,1 мЗв.
- Смертельная разовая доза составляет 6-7 Зв.
Применение ионизирующих излучений
Радиоактивное излучение широко применяется в технике, медицине, науке, военной и атомной промышленности и других сферах человеческой деятельности. Явление лежит в основе таких устройств, как датчики задымления, генераторы электроэнергии, сигнализаторы обледенения, ионизаторы воздуха.
В медицине радиоактивное излучение используется в лучевой терапии для лечения онкологических заболеваний. Ионизирующая радиация позволила создать радиофармацевтические препараты. С их помощью проводят диагностические обследования. На базе ионизирующего излучения устроены приборы для анализа состава соединений, стерилизации.
Открытие радиоактивного излучения было без преувеличения революционным – применение этого явления вывело человечество на новый уровень развития. Однако это также стало причиной возникновения угрозы экологии и здоровью людей. В связи с этим поддержание радиационной безопасности является важной задачей современности.
В самом широком смысле слова, радиация
(лат. "сияние", "излучение") — это процесс распространения энергии в пространстве в форме различных волн и частиц. Сюда можно отнести: инфракрасное (тепловое), ультрафиолетовое, видимое световое излучение, а также различные типы ионизирующего излучения. Наибольший интерес с точки зрения здоровья и безопасности жизнедеятельности представляет ионизирующая радиация, т.е. виды излучений, способные вызывать ионизацию вещества, на которое они воздействуют. В частности, в живых клетках ионизирующая радиация вызывает образование свободных радикалов, накопление которых ведет к разрушению белков, гибели или перерождению клеток, а в итоге может вызвать смерть макроорганизма (животных, растений, человека). Именно поэтому в большинстве случаев под термином радиация принято подразумевать именно ионизирующее излучение.
Стоит также понимать различия между такими терминами, как радиация и радиоактивность
. Если первое можно применить к ионизирующему излучению, находящемуся в свободном пространстве, которое будет существовать, пока не поглотится каким-либо предметом (веществом), то радиоактивность — это способность веществ и предметов испускать ионизирующее излучение, т.е. быть источником радиации. В зависимости от характера предмета и его происхождения разделяют термины: естественная радиоактивность и искусственная радиоактивность.
Естественная радиоактивность
сопровождает спонтанный распад ядер вещества в природе и характерна для "тяжелых" элементов таблицы Менделеева (с порядковым номером более 82). Искусственная радиоактивность
инициируется человеком целенаправленно с помощью различных ядерных реакций. Кроме того, стоит выделить так называемую "наведенную" радиоактивность
, когда какое-то вещество, предмет или даже организм после сильного воздействия ионизирующей радиации сам становится источником опасного излучения за счет дестабилизации атомных ядер.
Мощным источником излучения, опасным для жизни и здоровья человека, может быть любое радиоактивное вещество или предмет
. В отличие от многих других видов опасности, радиация невидима без специальных приборов, что делает её ещё более пугающей.
Причиной радиоактивности вещества являются нестабильные ядра, входящие в состав атомов, которые при распаде выделяют в окружающую среду невидимые излучения или частицы. В зависимости от различных свойств (состав, проникающая способность, энергия), сегодня выделяют множество видов ионизирующего излучения, из которых наиболее значимыми и распространенными являются:
. Альфа-излучение
. Источником радиации в нем являются частицы с положительным зарядом и сравнительно большим весом. Альфа-частицы (2 протона + 2 нейтрона) довольно громоздки и потому легко задерживаются даже незначительными преградами: одеждой, обоями, оконными занавесками и т.д. Даже если альфа-излучение попадает на обнаженного человека, в этом нет ничего страшного, дальше поверхностных слоев кожи оно не пройдет. Однако, несмотря на малую проникающую способность, альфа-излучение обладает мощной ионизацией, что особо опасно, если вещества-источники альфа-частиц попадают непосредственно в организм человека, например в легкие или пищеварительный тракт.
. Бета-излучение
. Представляет собой поток заряженных частиц (позитронов или электронов). Такое излучение обладает более значительной проникающей способностью, чем альфа-частицы, задержать его может деревянная дверь, оконное стек-ло, кузов автомобиля и т.д. Для человека опасно при воздействии на незащищенные кожные покровы, а также при попадании внутрь радиоактивных веществ.
. Гамма-излучение
и близкое к нему рентгеновское излучение. Ещё одна разновидность ионизирующей радиации, которая является родственной световому потоку, но с лучшей способностью к проникновению в окружающие предметы. По своему характеру это высокоэнергетическое коротковолновое электромагнитное излучение. Для того, чтобы задержать гамма-излучение в отдельных случаях может потребоваться стена из нескольких метров свинца, или нескольких десятков метров плотного железобетона. Для человека такое излучение является самым опасным. Основным источником этого вида излучения в природе является Солнце, однако, до человека смертоносные лучи не доходят благодаря защитному слою атмосферы.
Схема образования радиации различных типов
Естественная радиация и радиоактивность
В окружающей нас обстановке, вне зависимости от того, городская она или сельская, имеются естественные источники радиации. Как правило, ионизирующее излучение естественного происхождения редко представляет опасность для человека, его значения обычно находятся в пределах допустимой нормы. Естественной радиоактивностью обладает почва, вода, атмосфера, некоторые продукты и вещи, многие космические объекты. Первоисточником естественной радиации во многих случаях служит излучение Солнца и энергия распада некоторых элементов земной коры. Естественной радиоактивностью обладает даже сам человек. В организме каждого из нас имеются такие вещества как рубидий-87 и калий-40, создающие персональный радиационный фон. Источником радиационного излучения может быть здание, стройматериалы, предметы обихода, в которые входят вещества с нестабильными атомными ядрами. Стоит отметить, что естественный уровень радиации не везде одинаков. Так в некоторых городах, расположенных высоко в горах, уровень радиации превышает таковой на высоте мирового океана почти в пять раз. Также есть зоны земной поверхности, где радиация ощутимо выше за счет расположения в недрах земли радиоактивных веществ.
Искусственная радиация и радиоактивность
В отличие от естественной, искусственная радиоактивность — следствие человеческой деятельности. Источниками искусственной радиации являются: атомные электростанции, военная и мирная техника, использующая ядерные реакторы, места добычи полезных ископаемых с нестабильными атомными ядрами, зоны ядерных испытаний, места захоронения и утечки ядерного топлива, кладбища ядерных отходов, некоторая диагностическая и лечебная техника, а также радиоактивные изотопы в медицине.
Как обнаружить радиацию и радиоактивность?
Единственным доступным для обычного человека способом определить уровень радиации и радиоактивности является использование специального прибора — дозиметра (радиометра). Принцип измерения заключается в регистрации и оценке количества частиц радиационного излучения с помощью счетчика Гейгера-Мюллера.
Персональный дозиметр
От воздействия радиации не застрахован никто. К сожалению, любой предмет вокруг нас может быть источником смертельного излучения: деньги, продукты питания, инструменты, стройматериалы, одежда, мебель, транспорт, земля, вода и т.д. В умеренных дозах наш организм способен без губительных последствий переносить воздействие радиации, однако сегодня редко кто уделяет достаточное внимание радиационной безопасности, ежедневно подвергая себя и свою семью смертельному риску.
Чем опасна радиация для человека?
Как известно, влияние радиации на организм человека или животного может быть двух видов: изнутри или снаружи. Здоровья не добавляет ни один из них. Кроме того, науке известно, что внутреннее влияние радиационных веществ опаснее внешнего. Чаще всего радиационные вещества попадают в наш организм вместе с зараженной водой и пищей. Для того, чтобы избежать внутреннего воздействия радиации достаточно знать, какие продукты питания являются её источником. А вот с внешним радиационным воздействием все немного иначе.
Источники радиации
Радиационный фон классифицируется на естественный и техногенный
. Избежать естественной радиации на нашей планете практически невозможно, так как к ее источниками является Солнце и внутрипочвенный газ радон. Этот вид радиации практически не оказывает негативного воздействия на организм людей и животных, так как на поверхности Земли её уровень находится в рамках ПДК. Правда, в космосе или даже на высоте в 10 км на борту авиалайнера солнечная радиация может представлять реальную опасность. Таким образом, радиация и человек находятся в постоянном взаимодействии.
С техногенными источниками радиации все неоднозначно. В некоторых сферах промышленности и добычи полезных ископаемых рабочие носят специальную защитную одежду от воздействия радиации. Уровень радиационного фона на таких объектах может быть гораздо больше допустимых норм.
Живя в современном мире, важно знать, что такое радиация и каким образом она влияет на людей, животных и растительность. Степень воздействия радиационного излучения на организм человека принято измерять в Зивертах
(сокращенно Зв, 1 Зв = 1000 мЗв = 1000000 мкЗв). Делается это с помощью специальных приборов для измерения радиации — дозиметров.
Под воздействием естественной радиации каждый из нас облучается в год на 2,4 мЗв, и мы этого не ощущаем, так как данный показатель является абсолютно безопасным для здоровья. Но при высоких дозах облучения последствия для организма человека или животного могут быть самые тяжелые. Из известных заболеваний, которые возникают вследствие облучения организма человека, отмечаются такие, как лейкоз, лучевая болезнь со всеми вытекающими отсюда последствиями, всевозможные виды опухолей, катаракта, инфекции, бесплодие. А при сильном облучении радиация может даже вызвать ожоги! Примерная картина последствий радиации при различных дозах выглядит следующим образом:
. при дозе эффективного облучения организма в 1 Зв происходит ухудшение состава крови;
. при дозе эффективного облучения организма в 2-5 Зв возникает облысение и белокровие (т.н. "лучевая болезнь");
. при дозе эффективного облучения организма в 3 Зв около 50 процентов людей умирают в течение одного месяца.
То есть, радиация при определенном уровне воздействия представляет собой чрезвычайно серьзную опасность для всего живого.
Также бытует масса разговоров по поводу того, что радиационное воздействие приводит к мутации на генном уровне. Одни ученые считают радиацию основной причиной мутаций, другие же утверждают, что трансформация генов вовсе не связана с воздействием ионизирующего излучения. В любом случае, вопрос о мутагенном эффекте радиации пока остается открытым. А вот примеров того, что радиация вызывает бесплодие — масса.
Заразна ли радиация?
Опасно ли контактировать с облученными людьми? Вопреки мнению многих, радиация не заразна. С больными, страдающими лучевой болезнью и другими заболеваниями, вызванными воздействием радиации, можно общаться без средств индивидуальной защиты. Но только в том случае, если они не вступали в непосредственный контакт с радиоактивными веществами и сами не являются источниками излучения!
Для кого радиация наиболее опасна?
Наиболее сильное влияние радиация оказывает на подрастающее поколение, то есть, на детей. Научно это объясняется тем, что ионизирующее излучение сильнее воздействует на клетки, находящиеся в стадии роста и деления. На взрослых людей оказывается гораздо меньшее влияние, так как деление клеток у них замедляется или приостанавливается. А вот беременным женщинам нужно опасаться радиации во что бы то ни стало! На стадии внутриутробного развития клетки подрастающего организма особенно чувствительны к облучению, поэтому даже несильное и кратковременное воздействие радиации может крайне негативно сказаться на развитии плода.
Как распознать радиацию?
Обнаружить радиацию без специальных приборов до появления проблем со здоровьем практически невозможно. В этом и заключается главная опасность радиации — она невидима!
Современный рынок товаров (продовольственных и непродовольственных) контролируется специальными службами, которые проверяют соответствие продукции установленным нормам радиационного излучения. Тем не менее, вероятность приобрести вещь или даже продукт питания, радиационный фон которого не соответствует нормам, все же существует. Обычно такие товары привозят с зараженных территорий нелегальным способом. Хотите ли Вы кормить своего ребенка продуктами с содержанием радиационных веществ? Очевидно, нет. Тогда покупайте продукты только в проверенных местах. А еще лучше, купите прибор, измеряющий радиацию, и пользуйтесь им на здоровье!
Как бороться с радиацией?
Самым простым и очевидным ответом на вопрос "Как вывести радиацию из организма?"является следующий: идите в спортзал! Физическая нагрузка приводит к повышенному потовыделению, а вместе с потом выводятся радиационные вещества. Также уменьшить влияние радиации на организм человека можно, если посетить сауну. Она оказывает практически такое же действие, как и физические нагрузки — приводит к повышенному выделению пота. Снизить влияние радиации на здоровье человека позволяет и употребление свежих овощей, фруктов.
Необходимо знать, что на сегодняшний день идеального средства защиты от радиации пока не придумано. Самый простой и эффективный способ защитить себя от негативного воздействия смертоносных лучей — держаться подальше от их источника. Если знать все о радиации и уметь правильно пользоваться приборами для её измерения, то можно практически полностью избежать ее негативного воздействия.
Что может быть источником радиации?
Мы уже говорили, что полностью оградить себя от воздействия радиации на нашей планете практически невозможно. Каждый из нас непрерывно находится под воздействием радиоактивного излучения, естественного и техногенного. Источником радиации может быть все что угодно, начиная от безобидной на первый взгляд детской игрушки и заканчивая расположенным неподалеку предприятием. Однако эти предметы можно считать временными источниками радиации, от которых можно защититься. Кроме них существует ещё и общий радиационный фон, создаваемый сразу несколькими источниками, которые нас окружают.
Фоновое ионизирующее излучение могут создавать газообразные, твердые и жидкие вещества различного назначения. К примеру, самым массовым газообразным источником естественной радиации является газ радон. Он постоянно в небольших количествах выделяется из недр Земли и накапливается в подвалах, низинах, на нижних этажах помещений и т.п. От радиоактивного газа полностью защитить не могут даже стены помещений. Более того, в некоторых случаях и сами стены зданий могут быть источником радиации.
Радиационная обстановка в помещениях
Радиация в помещениях, создаваемая стройматериалами, из которых возведены стены, может представлять серьезную угрозу для жизни и здоровья людей. Для оценки качества помещений и строений с точки зрения радиоактивности в нашей стране организованы специальные службы. Их задача периодически измерять уровень радиации в домах и общественных постройках и сравнивать полученные результаты с существующими нормативами. Если уровень радиации от стройматериалов в помещении находится в пределах этих норм, то комиссия одобряет его дальнейшую эксплуатацию. В противном случае зданию может быть предписан ремонт, а в некоторых случаях — снос с последующей утилизацией стройматериалов.
Надо заметить, определенный радиационный фон создает практически любое строение. Причем, чем старше здание, тем выше уровень радиации в нем. С учетом этого при измерении уровня радиации в здании в расчет принимается и его возраст.
Предприятия — техногенные источники радиации
Бытовая радиация
Существует категория бытовых предметов, которые излучают радиацию, хотя и в пределах допустимых нормативов. Это, например, часы или компас, стрелки которых покрыты солями радия, за счет чего они светятся в темноте (знакомое всем фосфорное свечение). Также можно с уверенностью сказать, что радиация есть в помещении, в котором установлен телевизор или монитор на базе обычной ЭЛТ.
Ради эксперимента специалисты поднесли дозиметр к компасу с фосфорными стрелками. Получили небольшое превышение общего фона, правда, в пределах нормы.
Радиация и медицина
Радиоактивному облучению человек подвергается на всех этапах своей жизни, работая на промышленных предприятиях, находясь дома и даже проходя курс лечения. Классический пример использования радиации в медицине — ФЛГ. Согласно действующим правилам флюорографию каждый обязан проходить не реже одного раза в год. В ходе такой процедуры обследования мы подвергаемся воздействию радиации, но доза облучения в таких случаях находится в пределах норм безопасности.
Зараженные продукты
Считается, что самым опасным источником радиации, с которым можно столкнуться в быту, являются продукты питания, являющиеся источником радиации. Мало кто знает, откуда привезена, например картошка или другие фрукты и овощи, от которых сейчас буквально ломятся полки продовольственных магазинов. А ведь именно эти товары могут представлять серьезную угрозу для здоровья человека, храня в своем составе радиоактивные изотопы. Радиационная пища сильнее других источников излучения воздействует на организм, так как попадает непосредственно внутрь него.
Таким образом, определенную дозу радиации излучает большая часть предметов и веществ. Другое дело, какова величина этой дозы излучения: опасна она для здоровья или нет. Оценить опасность тех или иных веществ с радиационной точки зрения можно при помощи дозиметра.
Как известно, в небольших дозах радиация не оказывает практически никакого воздействия на состояние здоровья. Всё, что нас окружает, создает естественный радиационный фон: растения, земля, вода, почва, солнечные лучи. Но это вовсе не значит, что ионизирующего излучения не следует бояться вовсе. Радиация безопасна только тогда, когда она в норме. Так какие же нормы считать безопасными?
Нормы общей радиационной безопасности помещений
Помещения с точки зрения радиационного фона считаются безопасными, если содержание в них частиц тория и радона не выходит за пределы 100 Бк на один кубический метр. Кроме того, радиационную безопасность можно оценить по разности эффективной дозы радиации в помещении и за его пределами. Она не должна выходить за рамки 0.3 мкЗв в час. Подобные измерения может провести каждый желающий — для этого достаточно купить персональный дозиметр.
На уровень радиационного фона в помещениях сильно влияет качество материалов, используемых в строительстве и ремонте зданий. Именно поэтому перед проведением строительных работ специальные санитарные службы выполняют соответствующие замеры содержания радионуклидов в стройматериалах (например, определяют удельную эффективную активность радионуклидов). В зависимости от того, для какой категории объекта предполагается использовать тот или иной строительный материал, допустимые нормы удельной активности
варьируются в достаточно широких пределах:
. Для стройматериалов, используемых в возведении общественных и жилых объектов (I класс
) эффективная удельная активность не должна превышать значения в 370 Бк/кг.
. У материалов для зданий II класса
, то есть производственных, а также для строительства дорог в населенных пунктах порог допустимой удельной активности радионуклидов должен находиться на отметке 740 Бк/кг и ниже.
. Дороги вне населенных пунктов, относящиеся к III классу
должны возводиться с использованием материалов, удельная активность радионуклидов в которых не выходит за рамки 1,5 кБк/кг.
. Для строительства объектов IV класса
могут применяться материалы с удельной активностью радиационных компонентов не более 4 кБк/кг.
Специалисты сайта выяснили, что на сегодняшний день стройматериалы с более высокими показателями содержания радионуклидов не допускаются к использованию.
Какую воду можно пить?
Предельно допустимые нормы содержания радионуклидов установлены и для питьевой воды. Вода допускается для питья и приготовления еды, если удельная активность альфа-радионуклидов в ней не превышает 0.1 Бк/кг, а бета-радионуклидов — 1 Бк/кг.
Нормы поглощения радиации
Известно, что каждый предмет способен поглощать ионизирующее излучение, находясь в зоне действия источника радиации. Не исключение и человек — наш организм поглощает радиацию ничуть не хуже, чем вода или земля. В соответствии с этим разработаны нормативы поглощенных ионочастиц для человека:
. Для основного населения допустимая эффектная доза в год составляет 1 мЗв (в соответствии с этим ограничивается количество и качество диагностических меди-цинских процедур, которые оказывают радиационное воздействие на человека).
. Для персонала группы А усредненный показатель может быть выше, но в год не должен выходить за пределы 20 мЗв.
. Для рабочего персонала группы Б допустимая эффективная годовая доза ионизирующего излучения должна быть в среднем не более 5 мЗв.
Существуют также нормы эквивалентной дозы облучения за год для отдельных органов человеческого организма: хрусталика глаза (до 150 мЗв), кожи (до 500 мЗв), кистей, стоп и т.п.
Нормы общей радиационной обстановки
Естественное излучение не нормируется, так как в зависимости от географического расположения и времени этот показатель может меняться в очень широком диапазоне. К примеру, последние измерения радиационного фона на улицах российской столицы показали, что уровень фона тут находится в диапазоне от 8 до 12 микрорентген в час. На горных вершинах, где защитные свойства атмосферы ниже, чем в населенных пунктах расположенных ближе к уровню мирового океана, показатели ионизирующего излучения могут быть выше московских значений даже в 5 раз! Также уровень радиационного фона может быть выше среднего в местах, где воздух перенасыщен пылью и песком с высоким содержанием тория, урана.
Определить качество условий, в которых Вы живете или только собираетесь поселиться по параметру радиационной безопасности можно с помощью бытового дозиметра-радиометра. Это небольшое устройство может работать от аккумуляторов и позволяет оценить радиационную безопасность строительных материалов, удобрений, продуктов питания, что немаловажно в условиях и без того плохой экологии в мире.
Несмотря на высокую опасность, которую несет в себе практически любой источник радиации, методы защиты от облучения все же существуют. Все способы защиты от радиационного воздействия можно разделить на три вида: время, расстояние и специальные экраны.
Защита временем
Смысл этого метода защиты от радиации заключается в том, чтобы максимально уменьшить время пребывания вблизи источника излучения. Чем меньше времени человек находится вблизи источника радиации, тем меньше вреда здоровью он причинит. Данный метод защиты использовался, к примеру, при ликвидации аварии на АЭС в Чернобыле. Ликвидаторам последствий взрыва на атомной электростанции отводилось всего несколько минут на то, чтобы сделать свою работу в пораженной зоне и вернуться на безопасную территорию. Превышение времени приводило к повышению уровня облучения и могло стать началом развития лучевой болезни и других последствий, которые может вызывать радиация.
Защита расстоянием
Если Вы обнаружили вблизи себя предмет, являющийся источником радиации — такой, который может представлять опасность для жизни и здоровья, необходимо удалиться от него на расстояние, где радиационный фон и излучение находятся в пределах допустимых норм. Также можно вывести источник радиации в безопасную зону или для захоронения.
Противорадиационные экраны и спецодежда
В некоторых ситуациях просто необходимо осуществлять какую-либо деятельность в зоне с повышенным радиационным фоном. Примером может быть устранение последствий аварии на атомных электростанциях или работы на промышленных предприятиях, где существуют источники радиоактивного излучения. Находиться в таких зонах без использования средств индивидуальной защиты опасно не только для здоровья, но и для жизни. Специально для таких случаев были разработаны средства индивидуальной защиты от радиации. Они представляют собой экраны из материалов, которые задерживают различные виды радиационного излучения и специальную одежду.
Защитный костюм против радиации
Из чего делают средства защиты от радиации?
Как известно, радиация классифицируется на несколько видов в зависимости от характера и заряда частиц излучения. Чтобы противостоять тем или иным видам радиационного излучения средства защиты от него изготавливаются с использованием различных материалов:
. Обезопасить человека от излучения альфа
, помогают резиновые перчатки, "барьер" из бумаги или обычный респиратор.
. Если в зараженной зоне преобладает бета-излучение
, то для того, чтобы оградить организм от его вредного воздействия потребуется экран из стекла, тонкого алюминиевого листа или такой материал, как плексиглас. Для защиты от бета-излучения органов дыхания обычным респиратором уже не отделаться. Тут потребуется противогаз.
. Сложнее всего оградить себя от гамма-излучения
. Обмундирование, которое обладает экранирующим действием от такого рода радиации, выполняется из свинца, чугуна, стали, вольфрама и других металлов с высокой массой. Именно одежда из свинца использовалась при проведении работ на Чернобыльской АЭС после аварии.
. Всевозможные барьеры из полимеров, полиэтилена и даже воды эффективно предохраняют от вредного воздействия нейтронных частиц
.
Пищевые добавки против радиации
Очень часто совместно со спецодеждой и экранами для обеспечения защиты от радиации используются пищевые добавки. Они принимаются внутрь до или после попадания в зону с повышенным уровнем радиации и во многих случаях позволяют снизить токсическое воздействие радионуклидов на организм. Кроме того, снизить вредное воздействие ионизирующего излучения позволяют некоторые продукты питания.
Элеутерококк снижает влияние радиации на организм
1) Продукты питания, снижающие действие радиации. Даже орехи, белый хлеб, пшеница, редиска способны в небольшой степени снижать последствия радиационного воздействия на человека. Дело в том, что в них содержится селен, препятствующий образованию опухолей, которые могут быть вызваны радиационным облучением. Очень хороши в борьбе с радиацией и биодобавки на основе водорослей (ламинарии, хлорелле). Частично избавить организм от проникших в него радиоактивных нуклидов позволяет даже лук и чеснок.
АСД — препарат для защиты от радиации
2) Фармацевтические растительные препараты против радиации. Против радиации эффективное действие оказывает препарат "Корень женьшеня", который можно купить в любой аптеке. Его применяют в два приема перед едой в количестве 40-50 капель за один раз. Также для снижения концентрации радионуклидов в организме рекомендуется употреблять экстракт элеутерококк в объеме от четверти до половины чайной ложки в день вместе с выпиваемым утром и в обеденное время чаем. Левзея, заманиха, медуница также относятся к категории радио-протекционных препаратов, и приобрести их можно в аптечных пунктах.
Индивидуальная аптечка с препаратами для защиты от радиации
Но, повторимся, что никакой препарат не может полностью противостоять воздействию радиации. Cамый лучший способ защиты от радиации — вообще не иметь контакта с зараженными предметами и не находится в местах с повышенным радиационным фоном.
Дозиметры представляют собой измерительные приборы для числовой оценки дозы радиоактивного излучения или мощности этой дозы за единицу времени. Измерение производится с помощью встроенного или подключаемого отдельно счетчика Гейгера-Мюллера: он измеряет дозу радиации за счет подсчета количества ионизирующих частиц, проходящих через его рабочую камеру. Именно этот чувствительный элемент является главной деталью любого дозиметра.
Полученные в ходе измерений данные преобразуются и усиливаются встроенной в дозиметр электроникой, а показания выводятся на стрелочный или числовой, чаще жидкокристаллический индикатор. По значению дозы ионизирующего излучения, которая обычно измеряется бытовыми дозиметрами в пределах от 0.1 до 100 мкЗв/ч (микрозиверт в час) можно оценивать степень радиационной безопасности территории или объекта.
Для проверки веществ (как жидких, так и твердых) на предмет соответствия радиационным нормам необходим прибор, позволяющий производить измерение такой величины, как микрорентген. Большинство современных дозиметров позволяет измерять и эту величину в пределах от 10 до 10 000 мкР/ч, и именно поэтому такие устройства чаще называются дозиметрами-радиометрами.
Виды дозиметров
Все дозиметры классифицируются на профессиональные и индивидуальные (для использования в бытовых условиях). Разница между ними заключается в основном в пределах измерения и величине погрешности. В отличие от бытовых, профессиональные дозиметры имеют более широкий диапазон измерения (обычно от 0.05 до 999 мкЗв/ч), в то время как индивидуальные дозиметры в большинстве своем не способны определять дозы величиной более 100 мкЗв в час. Также профессиональные приборы отличаются от бытовых значением погрешности: для бытовых погрешность измерений может достигать 30 %, а для профессиональных — не может быть больше 7 %.
Современный дозиметр можно носить с собой везде!
В число функций как профессиональных, так и бытовых дозиметров может входить звуковая сигнализация, которая включается при определенном пороге измеряемой дозы излучения. Значение, при котором срабатывает сигнализация, в некоторых приборах может задаваться самим пользователем. Данная функция позволяет легко находить потенциально опасные предметы.
Назначение профессиональных и бытовых дозиметров:
1. Профессиональные дозиметры предназначены для использования на промышленных объектах, атомных подводных лодках и в других подобных местах, где есть риск получения высокой дозы облучения (это и объясняет то, что профессиональные дозиметры в основном обладают более широким диапазоном измерений).
2. Бытовые дозиметры могут использоваться населением для оценки радиационного фона в квартире или доме. Также при помощи таких дозиметров можно производить проверку стройматериалов на уровень радиационного излучения и территории, на которой планируется возвести постройку, проверять "чистоту" покупных фруктов, овощей, ягод, грибов, удобрений и т.п.
Компактный профессиональный дозиметр с двумя счетчиками Гейгера-Мюллера
Бытовой дозиметр обладает небольшими размерами и массой. Работает, как правило, от аккумуляторов или батарей питания. Его можно брать с собой везде, например, при походе в лес за грибами или даже в магазин за продуктами. Функция радиометрии, которая есть практически во всех бытовых дозиметрах, позволяет быстро и эффективно оценивать состояние продуктов и их пригодность для употребления в пищу.
Дозиметры прошлых лет были неудобными и громоздкими
Купить дозиметр сегодня может практически каждый. Ещё не так давно они были доступны только специальным службам, обладали высокой стоимостью и большими габаритами, то значительно затрудняло их использование населением. Современные достижения в сфере электроники позволили значительно уменьшить размеры бытовых дозиметров и сделать их более доступными по цене. Обновленные приборы вскоре получили признание во всем мире и на сегодняшний день являются единственным эффективным решением для оценки дозы ионизирующего излучения.
От столкновения с источниками радиации не застрахован никто. Узнать о том, что уровень радиации превышен, можно лишь по показаниям дозиметра или по особому предупреждающему знаку. Обычно подобные знаки устанавливаются вблизи техногенных источников радиации: заводов, атомных электростанций, мест захоронений радиоактивных отходов и т.п. На рынке или в магазине таких табличек Вы, конечно, не встретите. Но это вовсе не означает, что источников радиации в таких местах быть не может. Известны случаи, когда источником радиации были продукты питания, фрукты, овощи и даже медицинские препараты. Каким образом в товарах народного потребления могут оказаться радионуклиды, вопрос другой. Главное знать, как правильно вести себя в случае обнаружения источников радиации.
Где можно найти радиоактивный предмет?
Поскольку на промышленных объектах определенной категории вероятность столкнуться с источником радиации и получить дозу особенно высока, дозиметры здесь выдаются практически всему персоналу. Кроме того, рабочие проходят специальный обучающий курс, на котором людям объясняют, как вести себя при возникновении радиационной угрозы или при обнаружении опасного предмета. Также многие предприятия, работающие с радиоактивными веществами, оснащаются световой и звуковой сигнализацией, при срабатывании которой весь штат сотрудников предприятия быстро эвакуируется.
В общем, работники промышленности хорошо осведомлены, как действовать при появлении радиационной угрозы. Дела обстоят совсем иначе, когда источники радиации обнаруживаются в быту или на улице. Многие из нас просто не знают, как поступить в таких ситуациях и что нужно делать.
Предупреждающая табличка "радиоактивность"
Как себя вести при обнаружении источника радиации?
При обнаружении объекта радиационного излучения важно знать, как себя вести, чтобы радиационная находка не навредила ни Вам, ни окружающим. Учтите: если у Вас в руках оказался дозиметр, это не дает Вам никакого права, чтобы пытаться самостоятельно устранить обнаруженный источник радиации. Лучшее, что Вы можете сделать в такой ситуации — удалиться на безопасное расстояние от объекта и предупредить об опасности прохожих. Всю остальную работу по утилизации объекта следует доверить соответствующим органам, например, милиции.
Поиском и утилизацией радиационных предметов занимаются соответствующие службы
Мы уже не раз говорили о том, что источник радиации может быть обнаружен даже в продовольственном магазине. В таких ситуациях также нельзя молчать или пытаться "разобраться" с продавцами самостоятельно. Лучше вежливо предупредить администрацию магазина и обратиться в службу Санэпидем надзора. Если Вы не сделали опасную покупку, то это ещё не значит, что радиационный предмет не купит кто-либо другой!
Муниципальное общеобразовательное учреждение «Побединская средняя общеобразовательная школа» Шегарский район Томская область
ГОСУДАРСТВЕННАЯ (ИТОГОВАЯ) АТТЕСТАЦИЯ ВЫПУСКНИКОВ IX КЛАССОВ
РЕФЕРАТ ПО ФИЗИКЕ
ЯВЛЕНИЕ РАДИОАКТИВНОСТИ. ЕГО ЗНАЧЕНИЕ В НАУКЕ, ТЕХНИКЕ, МЕДИЦИНЕ
Выполнил: Дадаев Аслан, ученик 9 класса
Руководитель: Гагарина Любовь Алексеевна, учитель физики
п. Победа 2010
1. Введение……………………………………………………………...стр.1
2. Явление радиоактивности………..……………………….................стр.2
2.1.Открытие радиоактивности…………………………................стр.2
2.2. Источники радиации………………………………………….. стр.6
3. Получение и применение радиоактивных изотопов……………..стр.8
3.1.Использование изотопов в медицине……………………........стр.8
3.2. Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве………………стр.10
3.3.Радиационная хронометрия……………………………………стр.11
3.4. Применение радиоактивных изотопов в промышленности...стр.12
3.5. Использование изотопов в науке……………………………...стр.12
4. Заключение…………………………………………………………...стр.13
5. Литература …………………………………………………………..стр.14
ВВЕДЕНИЕ
Представление об атомах как неизменных мельчайших частицах вещества было разрушено открытием электрона, а также явления естественного радиоактивного распада, открытого французским физиком А. Беккерелем. Значительный вклад в изучение этого явления внесли выдающиеся французские физики Мария Склодовская – Кюри и Пьер Кюри.
Естественная радиоактивность существует миллиарды лет, она присутствует буквально повсюду. Ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли. Радиоактивные материалы вошли в состав Земли с самого ее рождения. Любой человек слегка радиоактивен: в тканях человеческого тела одним из главных источников природной радиации являются калий - 40 и рубидий - 87, причем не существует способа от них избавиться.
Путем осуществления ядерных реакций при бомбардировке ядер атомов алюминия а – частицами известным французским физикам Фредерику и Ирен Кюри – Жолио в 1934 году удалось искусственно создать радиоактивные ядра. Искусственная радиоактивность принципиально ничем не отличается от естественной и подчиняется тем же законам.
В настоящее время искусственные радиоактивные изотопы получают разными способами. Наиболее распространенным является облучение мишени (будущего радиоактивного препарата) в ядерном реакторе. Возможно облучение мишени заряженными частицами в специальных установках, где частицы ускоряются до больших энергий.
Цель: выяснить в каких областях жизнедеятельности используют явление радиоактивности.
Задачи:
· Изучить историю открытия радиоактивности.
· Выяснить, что происходит с веществом при радиоактивном излучении.
· Выяснить, как получить радиоактивные изотопы и где они применятся.
· Развивать навык работы с дополнительной литературой.
· В компьютерном исполнении выполнить презентацию материала.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
2.Явление радиоактивности
2.1.Открытие радиоактивности
История радиоактивности началась с того, как в 1896 году французский физик Анри Беккерель занимался люминесценцией и исследованием рентгеновских лучей.
Открытие радиоактивности, наиболее яркое свидетельство сложного строения атома.
Комментируя открытие Рентгена ученые выдвигают гипотезу о том, что рентгеновские лучи испускаются при фосфоресценции независимо от наличии катодных лучей. А. Беккерель решил проверить эту гипотезу. Обернув фотопластинку черной бумагой, он положил на нее металлическую пластинку причудливой формы, покрытую слоем соли урана. Дав четырехчасовую выдержку на солнечном свете, Беккерель проявил фотопластинку и увидел на ней точный силуэт металлической фигурки. Он повторил опыты с большими вариациями, получая отпечатки монеты, ключа. Все опыты подтвердили проверяемую гипотезу, о чем Беккерель доложил 24 февраля на заседании академии наук. Однако Беккерель не прекращает опыты, готовя все новые варианты.
Анри Беккерель Вельгельм Конрад Рентген
26 февраля 1896 года погода над Парижем испортилась и подготовленные фотопластинки с кусочками урановой соли пришлось положить в темный ящик стола до появления солнца. Оно появилось над Парижем 1 марта, и опыты можно было продолжить. Взяв пластинки, Беккерель решил их проявить. Проявив пластинки, ученый увидел на них силуэты урановых образцов. Ничего не понимая, Беккерель решил повторить случайный опыт.
Он уложил в светонепроницаемую коробку две пластинки, насыпал на них урановую соль, положив предварительно на одну из них стекло, а на другую – алюминиевую пластинку. Пять часов все это находилось в темной комнате, после чего Беккерель проявил фотопластинки. И что же – силуэты образцов вновь четко видны. Значит, какие – то лучи образуются в солях урана. Они похожи на Х – лучи, но откуда они берутся? Ясно одно, что связи между Х – лучами и фосфоресценцией нет.
Об этом он доложил на заседании академии наук 2 марта 1896 года, совершенно сбив с толку всех ее членов.
Беккерель установил также, что времени с течением интенсивность излучения одного и того же образца не меняется и что новое излучение способно разряжать наэлектризованные тела.
Большинство членов Парижской академии после очередного доклада Беккереля на заседании 26 марта поверили в его правоту.
Открытое Беккерелем явление получило название радиоактивности, по предложению Марии Склодовской – Кюри.
Мария Склодовская – Кюри
Радиоактивность - способность атомов некоторых химических элементов к самопроизвольному излучению.
В 1897 году Мария занимаясь докторской диссертацией, выбрав тему для исследования – открытие Беккереля (Пьер Кюри посоветовал выбрать жене эту тему), решила найти ответ на вопрос: что является подлинным источником уранового излучения? С этой целью она решает исследовать большое количество образцов минералов и солей и выяснить, только ли уран обладает свойством излучать. Работая с образцами тория, она обнаруживает, что он, подобно урану, дает такие же лучи и примерно такой же интенсивности. Значит, данное явление оказывается свойством не только урана, и ему надо дать особое название. Уран и торий назвали радиоактивными элементами. Работа продолжалась с новыми минералами.
Пьер, как физик, чувствует важность работы и, оставив временно исследование кристаллов, начинает работать вместе с супругой. В результате данной совместной работы были открыты новые радиоактивные элементы: полоний, радий и др.
В ноябре 1903 года Королевское общество присудило Пьеру и Марии Кюри одну из высших научных наград Англии – медаль Дэви.
13 ноября супруги Кюри одновременно с Беккерелем получают телеграмму из Стокгольма о присуждении им троим Нобелевской премии по физике за выдающиеся открытия в области радиоактивности.
Дело, начатое супругами Кюри, подхватили их ученики, среди которых была дочь Ирен и зять Фредерик Жолио, ставшие в 1935 году лауреатами Нобелевской премии за открытие искусственной радиоактивности .
Ирен и Фредерик Кюри - Жолио
Английскими физиками Э. Резерфордом и Ф. Содди было доказано, что во всех радиоактивных процессах происходят взаимные превращения атомных ядер химических элементов. Изучение свойств излучения, сопровождающего эти процессы в магнитном и электрическом полях, показало, что оно разделяется на a-частицы, b-частицы и g-лучи (электромагнитное излучение с очень малой длиной волны).
Э.Резерфорд Ф.Содди
Некоторое время спустя в результате исследования различных физических характеристик и свойств этих частиц (электрического заряда, массы и др.) удалось установить, что b – частица представляет собой электрон, а а – частица – полностью ионизированный атом химического элемента гелия (т.е. атом гелия, потерявший оба электрона).
Кроме того выяснилось, что радиоактивность – это способность некоторых атомных ядер самопроизвольно превращаться в другие ядра с испусканием частиц.
Так, например, было найдено несколько разновидностей атомов урана: с массами ядер, приблизительно равными 234 а.е.м., 235 а.е.м., 238 а.е.м. и 239 а.е.м. Причем все эти атомы обладали одинаковыми химическими свойствами. Они одинаковым образом вступали в химические реакции, образуя одни и те же соединения.
При некоторых ядерных реакциях возникает сильно проникающее излучение. Эти лучи проникают через слой свинца толщиной в несколько метров. Это излучение представляет собой поток частиц, заряженных нейтрально. Эти частицы названы нейтронами.
При некоторых ядерных реакциях возникает сильно проникающее излучение. Эти лучи бывают разных видов и обладают различной проникающей способностью. Например, поток нейтронов проникает через слой свинца толщиной в несколько метров.
2.2. Источники радиации
Радиация весьма многочисленна и разнообразна, однако можно выделить около семи основных её источников.
Первым источником является наша Земля. Эта радиация объясняется наличием в Земле радиоактивных элементов, концентрация которых в разных местах изменяется в широких пределах.
Второй источник радиации – космос, откуда на Землю постоянно падает поток частиц высокой энергии. Источниками образования космического излучения являются звёздные взрывы в Галактике и солнечные вспышки.
Третий источник радиации – это радиоактивные природные материалы, используемые человеком для строительства жилых и производственных помещений. В среднем мощность дозы внутри зданий на 18% - 50% больше, чем снаружи. Внутри помещений человек проводит три четверти своей жизни. Человек, постоянно находящийся в помещении, построенном из гранита, может получить - 400 мбэр/год, из красного кирпича –189 мбэр/год, из бетона – 100мбэр/год, из дерева – 30 мбэр/год.
Четвертый источник радиоактивности населению малоизвестен, но не менее опасен. Это радиоактивные материалы, которые человек использует в повседневной деятельности.
В состав красок для печати банковских чеков включают радиоактивный углерод, обеспечивающий легкую идентификацию подделанных документов.
Для получения краски или эмали на керамике или драгоценностях применяется уран.
Уран и торий используют при производстве стекла.
Искусственные зубы из фарфора усиливаются ураном и церием. При этом - излучение на прилегающие к зубам слизистые оболочки может достичь 66 бэр/год, тогда как годовая норма для всего организма не должна превышать 0,5 бэр (т.е. в 33 раза больше)
Экран телевизора излучает на человека 2-3 мбэр/год.
Пятый источник – предприятия по транспортировке и переработке радиоактивных материалов.
Шестым источником радиации являются атомные электростанции. На АЭС,
кроме твердых отходов, имеются также жидкие (зараженные воды из контуров охлаждения реакторов) и газообразные содержащемся в углекислом газе, используемом для охлаждения.
Седьмой источник радиоактивного излучения - это медицинские установки. Несмотря на обычность их использования в повседневной практике, опасность облучения от них намного больше, чем от всех рассмотренных выше источников и достигает иногда десятков бэр. Один из распространенных способов диагностики - рентгеновской аппарат. Так, при рентгенографии зубов - 3 бэр, при рентгеноскопии желудка - столько же, при флюорографии - 370 мбэр.
Что же происходит с веществом при радиоактивном излучении?
Во – первых , удивительное постоянство, с которым радиоактивные элементы испускают излучения. На протяжении суток, месяцев, лет интенсивность излучения заметно не изменяется. На него не оказывает влияние нагревание или увеличение давления, химические реакции в которые вступал радиоактивный элемент, так же не влияли на интенсивность излучения.
Во – вторых , радиоактивность сопровождается выделением энергии, и она выделяется непрерывно на протяжении ряда лет. Откуда же берется эта энергия? При радиоактивности вещество, испытывает какие – то глубокие изменения. Было сделано предположение, что превращения претерпевают сами атомы.
Наличие одних и тех же химических свойств означает, что все эти атомы имеют одинаковое число электронов в электронной оболочке, а значит, и одинаковые заряды ядер.
Если заряды ядер атомов одинаковы, значит, эти атомы принадлежат одному и тому же химическому элементу (несмотря на различия в их массах) и имеют один и тот же порядковый номер в таблице Д.И. Менделеева. Разновидности одного и того же химического элемента, различающиеся по массе атомных ядер назвали изотопами .
3. Получение и применение радиоактивных изотопов
Радиоактивные изотопы, встречающие в природе, называются естественными . Но многие химические элементы встречаются в природе только в стабильном (т.е. радиоактивном) состоянии.
В 1934 году французские ученые Ирен и Фредерик Жолио – Кюри обнаружили, что радиоактивные изотопы могут быть созданы искусственным путем в результате ядерных реакций. Такие изотопы назвали искусственными .
Для получения искусственных радиоактивных изотопов обычно используют ядерные реакторы и ускорители элементарных частиц. Существует отрасль промышленности, специализирующаяся на производстве таких элементов.
Впоследствии был получены искусственные изотопы всех химических элементов. Всего в настоящее время известно примерно 2000 радиоактивных изотопов, причем 300 из них – естественные.
В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяют в различных сферах научной и практической деятельности: техника, медицина, сельское хозяйство, средства связи, военной области и в некоторых других. При этом часто используют так называемый метод меченых атомов.
3.1.Использование изотопов в медицине
Применение изотопов, одним из наиболее выдающихся исследований, проведенных с помощью «меченых атомов», явилось исследование обмена веществ в организмах.
С помощью изотопов были раскрыты механизмы развития (патогенез) ряда заболеваний; их применяют также для изучения обмена веществ и диагностики многих заболеваний.
Изотопы вводят в организм человека в крайне малых количествах (безопасное для здоровья), не способных вызвать какие-либо патологические сдвиги. Кровью они неравномерно распределяются по всему организму. Излучение, возникающее при распаде изотопа, регистрируют приборами (специальными счетчиками частиц, фотографированием), расположенных вблизи тела человека. В результате можно получить изображение какого –либо внутреннего органа. По этому изображению можно судить о размерах и форме этого органа, о повышенной или пониженной концентрации изотопа в
различных его частях. Можно также оценить функциональное состояние (т.е. работу) внутренних органов по скорости накопления и выведения ими радиоизотопа.
Так, состояние сердечного кровообращения, скорости кроветока, изображение полостей сердца определяют с помощью соединений, включающих изотопы натрия, иода, технеция; для изучения лёгочной вентиляции и заболеваний спинного мозга применяют изотопы технеция, ксенона; макроагрегаты альбумина человеческой сыворотки с изотопом иода используют для диагностики различных воспалительных процессов в легких, их опухолей и при различных заболеваниях щитовидной железы.
Использование изотопов в медицине
Концентрационную и выделительную функции печени изучают при помощи краски бенгал-роз с изотопом иода, золота. Изображение кишечника, желудка получают, используя изотоп технеция, селезёнки применяя эритроциты с изотопом технеция или хрома; с помощью изотопа селена диагностируют заболевания поджелудочной железы. Все эти данные позволяют поставить правильный диагноз заболевания.
С помощью метода «меченых атомов» исследуют также различные отклонения в работе системы кровообращения, обнаруживают опухоли (поскольку именно в них накапливаются некоторые радиоизотопы). Благодаря этому методу было обнаружено, что за сравнительно короткое время организм человека почти полностью обновляется. Исключение является лишь железо, входящее в состав крови: оно начинает усваивается организмом из пищи только тогда, когда ег запасы иссякают.
Важное значение при выборе изотопа имеет вопрос о чувствительности метода изотопного анализа, а также о типе радиоактивного распада и энергии излучения.
В медицине радиоактивные изотопы используются не только для диагностики, но и для лечения некоторых заболеваний, например раковых опухолей, базедовой болезни и др.
В связи с применением очень малых доз радиоизотопов лучевое воздействие на организм при радиационной диагностике и лечении не представляет опасности для пациентов.
3.2. Радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве
Все более широкое применение получают радиоактивные изотопы в сельском хозяйстве . Облучение семян растений (хлопчатника, капусты, редиса и др.) небольшими дозами гамма-лучей от радиоактивных препаратов приводит к заметному увеличению урожайности. Большие дозы радиации вызывают мутации у растений и микроорганизмов, что в отдельных случаях приводит к появлению мутантов с новыми ценными свойствами (радиоселекция ). Так выведены ценные сорта пшеницы, фасоли и других культур, а также получены высоко продуктивные микроорганизмы, применяемые в производстве антибиотиков.
Гамма - излучение радиоактивных изотопов используется также для борьбы с вредными насекомыми и для консервации пищевых продуктов. Широкое применение получили «меченые атомы» в агротехнике. Например, чтобы выяснить, какое из фосфорных удобрений лучше усваивается растением, помечают различные удобрения радиоактивным фосфором. Исследуя затем растения на радиоактивность, можно определить количество усвоенного ими фосфора из разных сортов удобрения.
Интересное применение для определения возраста древних предметов органического происхождения (дерева, древесного угля, тканей и т. д.) получил метод радиоактивного углерода. В растениях всегда имеется бета - радиоактивный изотоп углерода с периодом полураспада Т=5700 лет. Он образуется в атмосфере Земли в небольшом количестве из азота под действием нейтронов. Последние же возникают за счет ядерных реакций, вызванных быстрыми частицами, которые поступают в атмосферу из космоса (космические лучи). Соединяясь с кислородом, этот углерод образует, углекислый газ, поглощаемый растениями, а через них и животными.
Изотопы широко используются для определения физических свойств почвы
и запасов в ней элементов пищи растений, для изучения взаимодействия почвы и удобрений, процессов усвоения растениями питательных элементов, поступления в растения минеральной пищи через листья. Пользуются изотопами для выявления действия на растительный организм пестицидов, что позволяет установить концентрацию и сроки обработки ими посевов. Применяя метод изотопов, исследуют важнейшие биологические свойства с/х культур (при оценке и отборе селекционного материала) урожайность, скороспелость, хладостойкость.
В животноводстве изучают физиологические процессы, протекающие в организме животных, проводят анализ кормов на содержание токсичных веществ (малые дозы которых трудно определить химическими методами) и микроэлементов. При помощи изотопов разрабатывают приёмы автоматизации производственных процессов, например отделение корнеплодов от камней и комков почвы при уборке комбайном на каменистых и тяжёлых почвах.
3.3.Радиационная хронометрия
Некоторые радиоактивные изотопы можно с успехом использовать для определения возраста различных ископаемых (радиационная хронометрия ). Наиболее распространенный и эффективный метод радиационной хронометрии основан на измерении радиоактивности органических веществ, которая обусловлена радиоактивным углеродом (14С).
Исследования показали, что в каждом грамме углерода в любом организме за минуту происходит 16 радиоактивных бета-распадов (точнее, 15,3 ± 0,1). По истечении 5730 лет в каждом грамме углерода будет распадаться уже только 8 атомов в минуту, через 11 460 лет - 4 атома.
Один грамм углерода из образцов молодого леса испускает около пятнадцати бета - частиц в секунду. После гибели организма пополнение его радиоактивным углеродом прекращается. Имеющееся же количество этого изотопа убывает за счет радиоактивности. Определяя процентное содержание радиоактивного углерода в органических остатках, можно определить их возраст, если он лежит в пределах от 1000 до 50000 и даже до 100000 лет.
Число радиоактивных распадов, т. е. радиоактивность исследуемых образцов, измеряют детекторами радиоактивного излучения.
Таким образом, измерив в определенном весовом количестве материала исследуемого образца число радиоактивных распадов за минуту и пересчитав это число на грамм углерода, мы можем установить возраст объекта, из которого взят образец. Таким методом узнают возраст египетских мумий, остатков доисторических костров и т. д.
3.4. Применение радиоактивных изотопов в промышленности
Одним из примеров может служить следующий способ контроля износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания. Облучая поршневое кольцо нейтронами, вызывают в нем ядерные реакции и делают его радиоактивным. При работе двигателя частички материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла после определенного времени работы двигателя, определяют износ кольца. Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д. Мощное гамма-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.
Изотопы также используются в ядерно-физической аппаратуре для изготовления счетчиков нейтронов, что позволяет увеличить эффективность счета более чем в 5 раз, в ядерной энергетике как замедлители и поглотители нейтронов.
3.5. Использование изотопов в науке
Использование изотопов в биологии привело к пересмотру прежних представлений о природе фотосинтеза, а также о механизмах, обеспечивающих усвоение растениями неорганических веществ карбонатов, нитратов, фосфатов и др. С помощью изотопов изучено перемещение популяций в биосфере и отдельных особей внутри данной популяции, миграции микробов, а также отдельных соединений внутри организма. Вводя в организмы с пищей или путём инъекций метку, удалось изучить скорость и пути миграции многих насекомых (москитов, мух, саранчи), птиц, грызунов и др. мелких животных и получить данные о численности их популяций.
В области физиологии и биохимии растений с помощью изотопов решен ряд теоретических и прикладных проблем: выяснены пути поступления минеральных веществ, жидкостей и газов в растения, а также роль различных химических элементов, в том числе микроэлементов, в жизни растений. Показано, в частности, что углерод поступает в растения не только через листья, но и через корневую систему, установлены пути и скорости передвижения ряда веществ из корневой системы в стебель и листья и из этих органов к корням.
В области физиологии и биохимии животных и человека изучены скорости поступления различных веществ в их ткани (в том числе скорость включения железа в гемоглобин, фосфора в нервную и мышечные ткани, кальция в кости). Использование "меченой" пищи привело к новому представлению о скоростях всасывания и распространения пищевых веществ, об их "судьбе" в организме и помогло проследить за влиянием внутренних и внешних факторов (голодание, асфиксия, переутомление и т. д.) на обмен веществ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выдающиеся французские физики Мария Склодовская – Кюри и Пьер Кюри, их дочь Ирен и зять Фредерик Жолио и многие другие ученые не только внесли большой вклад в развитие ядерной физики, но были страстными борцами за мир. Они вели значительную работу по мирному использованию атомной энергии.
В Советском Союзе работы над атомной энергией начались в 1943 году под руководством выдающегося советского ученого И. В. Курчатова. В трудных условиях небывалой войны советские ученые решали сложнейшие научные и технические задачи, связанные с овладением атомной энергией. 25 декабря 1946 года под руководством И.В.Курчатова впервые на континенте Европы и Азии была осуществлена цепная реакция. В Советском Союзе началась эра мирного атома.
В ходе работы я выяснил, радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем, нашли широкое применение в науке, технике, сельском хозяйстве, промышленности, медицине, археологии и других областях. Это обусловлено следующими свойствами радиоактивных изотопов:
· радиоактивное вещество непрерывно излучает определенный вид частиц и интенсивность в течение времени не меняется;
· излучение обладает определенной проникающей способностью;
· радиоактивность сопровождается выделением энергии;
· под действием излучения могут происходить изменения в облучаемом веществе;
· излучение можно зафиксировать разными способами: специальными счетчиками частиц, фотографированием и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ф.М. Дягилев «Из истории физики и жизни ее творцов» - М.: Просвещение, 1986.
2. А.С. Енохин, О.Ф. Кабардин и др. «Хрестоматия по физике» - М.: Просвещение, 1982.
3. П.С. Кудрявцев. «История физики» - М.: Просвещение, 1971.
4. Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев «Физика 11 кл.» - М.: Просвещение, 2004.
5. А.В. Перышкин, Е.В. Гутник «Физика 9 кл.» - М.: Дрофа, 2005.
6. Интернет – ресурсы.
Рецензия
на экзаменационный реферат по физике «Явление радиоактивности. Его значение в науке, технике, медицине».
Актуальность выбранной темы автор видит в возможности использования ядерной энергии в мирных целях. Радиоактивные изотопы, полученные искусственным путем, нашли широкое применение в различных сферах научной и практической деятельности: науке, технике, сельском хозяйстве, промышленности, медицине, археологии и др.
Однако в разделе «Введение» не указана актуальность и заинтересованность автора в выбранной теме реферата.
Доступно, логически прописано открытие радиоактивности; исследования, проводимые с помощью «меченых атомов».
Оформление реферата не во всех случаях соответствует требованиям:
· Не пронумерованы страницы;
· Каждый раздел напечатан не с новой страницы;
· В тексте нет ссылок на иллюстрации;
· В разделе «Литература» не указаны сайты Интернет – ресурсов.
В целом, несмотря на незначительные недочеты в составлении и оформлении, можно сказать, что реферат «Явление радиоактивности. Его значение в науке, технике, медицине» заслуживает оценки «хорошо».
Учитель физики МОУ «Побединская СОШ»: ___________/Л.А. Гагарина/
Атом состоит из ядра, окруженного облаками частиц, называемых электронами (см. рис.). В ядрах атомов — мельчайших частиц, из которых состоят все вещества, - содержится значительный запас . Именно эта энергия высвобождается в виде радиации при распаде радиоактивных элементов. Радиация опасна для жизни, однако ядерные реакции могут использоваться для производства . Радиация также используется в медицине.
Радиоактивность
Радиоактивность - это свойство ядер нестабильных атомов излучать энергию. Большинство тяжелых атомов нестабильны, а у более легких атомов бывают радиоизотопы, т.е. радиоактивные изотопы. Причина радиоактивности в том, что атомы стремятся стать стабильными (см. статью « «). Существуют три вида радиоактивного излучения: альфа-лучи
, бета-лучи
и гамма-лучи
. Они называются так по трем первым буквам греческого алфавита. Вначале ядро испускает альфа или бета-лучи, а если оно все еще остается нестабильным, ядро испускает и гамма-лучи. 
На рисунке вы видите три атомных ядра. Они нестабильны, и каждый из них испускает один из трех видов лучей. Бета-частицы – это электроны с очень большой энергией. Они возникают при распаде нейтрона. Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов. Точно такой же состав имеет ядро атома гелия. Гамма-лучи – это электромагнитное излучение большой энергии, распространяющееся со скоростью света.
Альфа-частицы движутся медленно, и слой вещества более толстый, чем лист бумаги, задерживает их. Они ничем не отличаются от ядер атомов гелия. Ученые полагают, что гелий на Земле есть продукт естественной радиоактивности. Альфа-частица пролетает менее 10 см, и лист плотной бумаги задержит её. Бета-частица пролетает в воздухе около 1 метра. Задержать её может лист меди толщиной 1 миллиметр. Интенсивность гамма-лучей спадает наполовину при проходе через слой свинца в 13 миллиметров или слой в 120 метров.
Радиоактивные вещества транспортируются в свинцовых контейнерах с толстыми стенками, чтобы предотвратить утечку радиации. Воздействие радиации вызывает у человека ожоги, катаракту, рак. Уровень радиации измеряется при помощи счетчика Гейгера . Этот прибор издаёт щелчки при обнаружении радиоактивного излучения. Испустив частицы, ядро приобретает новый атомный номер и превращается в ядро другого элемента. Этот процесс называют радиоактивным распадом . Если новый элемент также нестабилен, процесс распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. К примеру, когда атом плутония-2 (его масса 242) испускает альфа-частицу относительная атомная масса которой 4 (2 протона и 2 нейтрона), он превращается в атом урана — 238 (атомная масса 238). Период полураспада - это время, за которое распадается половина всех атомов в образце данного вещества. Разные имеют разные периоды полураспада. Период полураспада радия-221 равен 30 секунд, тогда как у урана он составляет 4,5 млрд. лет.
Ядерные реакции
Существуют два вида ядерных реакций: ядерный синтез и деление (расщепление) ядра . «Синтез» означает «соединение»; при ядерном синтезе два ядра соединяются и одно большое. Ядерный синтез может происходить только при очень высоких . При синтезе выделяется огромное количество энергии. При ядерном синтезе два ядра соединяются в одно большое. В 1992 году спутник КОБЕ обнаружил в космосе особый вид радиации, что подтверждает теорию о том, что образовалась в результате так называемого Большого взрыва . Из термина «расщепление» ясно, что ядра раскалываются, высвобождая ядерную энергию. Такое возможно при бомбардировке ядер нейтронами и происходит в радиоактивных веществах либо в особом устройстве, называемом ускорителем частиц . Ядро делится, излучая нейтроны и выделяя колоссальную энергию.
Ядерная энергия
Энергию, высвобождаемую при ядерных реакциях, можно использовать для производства электричества и как источник энергии на атомных подводных лодках и на авианосцах. Действие атомной электростанции основано делении ядер в ядерных реакторах. Стержень, сделан из радиоактивного вещества, например урана, бомбардируют нейтронами. Ядра урана расщепляются, излучая энергию. При этом освобождаются новые нейтроны. Такой процесс называют цепной реакцией . Из единицы массы топлива электростанции производит больше энергии, чем любые другие электростанции, однако меры безопасности и захоронение радиоактивных отходов стоит чрезвычайно дорого.
Ядерное оружие
Действие ядерного оружия основано на том, что неконтролируемый выброс огромного количества ядерной энергии приводит к страшному взрыву. В конце второй мировой войны США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросиму и Нагасаки. Сотни тысяч людей погибли. Атомные бомбы основаны на реакциях деления , водородные — на реакциях синтеза . На рисунке изображена атомная бомба, сброшенная на Хиросиму.
Радиоуглеродный метод
Радиоуглеродным методом определяют время, прошедшее после смерти организма. В живой содержится небольшое количество углерода-14, радиоактивного изотопа углерода. Его период полураспада составляет 5700 лет. Когда организм умирает, запасы углерода-14 в тканях, истощаются, изотоп распадается, и по оставшемуся его количеству можно определить, как давно организм умер. Благодари радиоуглеродному методу можно узнать, как давно произошло извержение . Для этого используют застывших в лаве насекомых и пыльцу.
Как ещё используется радиоактивность
В промышленности при помощи радиации определяют толщину листа бумаги или пластика (см. статью « «). По интенсивности бета-лучей, проходящих сквозь лист, можно обнаружить даже небольшую неоднородность его толщины. Продукты питания - фрукты, мясо - облучают гамма-лучами, чтобы они остались свежими. Используя радиоактивность, медики прослеживают путь вещества в организме. Например, чтобы определить, как сахар распределяется в теле пациента, врач может ввести немного углерода-14 в молекулы сахара и следить за излучением этого вещества, попавшего в организм. Радиотерапия, то есть облучение больного строго дозированными порциями излучения, убивает раковые клетки – чрезмерно разросшиеся клетки организма.
В 1896 году французский физик А.Беккерель проверял, не испускает ли соль урана (уранилсульфат калия) какие-либо лучи под действием солнечного света (незадолго перед этим были открыто рентгеновское излучение, физики искали аналоги). Но позднее А.Беккерель обнаружил, что соль урана испускает неизвестное излучение и без предварительного освещения. Беккерель установил, что интенсивность излучения определяется только количеством урана в препарате и совершенно не зависит от того, в какие соединения он входит. Таким образом, это свойство было присуще не соединениям, а химическому элементу - урану. Позднее это явление названо радиоактивностью .
Явление радиоактивности (лат. испускаю лучи действенный) - самопроизвольноепревращение неустойчивых атомных ядер в ядра других элементов сопровождающееся испусканием частицили гамма-квантов.
Известны 4 типа радиоактивности: альфа-распад, бета-распад, спонтанное делениеатомных ядер, протонная радиоактивность. Для радиоактивности характерно экспонен иальное уменьшениечисла ядер во времени. Радиоактивность впервые обнаружена французским физиком А. Беккерелем (1852- 1908) в 1896 г.
Различают естественную и искусственную радиоактивность. Естественная радиоактивность наблюдается у существующих в природе изотопов, а искусственная - у изотопов, полученных в результате ядерных реакций. Ядра, претерпевающие радиоактивные превращения, называют материнскими, а образующиеся в процессе радиоактивного распада - дочерними. Выделяют устойчивые (стабильные) и радиоактивные изотопы. У известных химических элементов найдено 274 стабильных и свыше 700 радиоактивных изотопов. Большинство встречающихся в природе химических элементов представляют собой смеси изотопов.
В зависимости от их происхождения все естественнорадиоактивные элементы Земли можно разделить на три группы.
К первой группе относятся элементы, объединенные в три радиоактивных семейства. Кроме долгоживущих родоначальников этих семейств - урана, тория и актиноурана - сюда входят и продукты их распада, в том числе и относительно короткоживущие - радий, радон, мезоторий и др. Количество радиоактивных элементов этой группы постепенно уменьшается в соответствии с законом радиоактивного распада. Наиболее широко распространенными элементами этой группы являются уран, количество которого в земной коре больше, чем серебра или ртути, и торий. Природный уран является смесью трех изотопов - урана - 238 (99,28%), урана - 235 (0,71%) и урана - 234 (0,006%). Уран - 238 и уран - 235 (актино-уран) - родоначальники двух радиоактивных семейств.
Один из продуктов распада урана - 238 - радий, о котором уже говорилось выше. Несмотря на сравнительно небольшой период полураспада, содержание радия в земной коре относительно стабильно, так как уменьшение его количества в результате распада компенсируется непрерывным образованием нового радия за счет распада урана.
Радий нашел себе широкое применение в медицине не только как источник гамма-лучей для облучения больных (в этой области его вытесняют значительно более дешевые искусственные радиоактивные вещества), но и как источник радона для радоновых ванн, часто применяемых физиотерапевтами.
Вторую группу радиоактивных элементов Земли составляют радиоактивные изотопы элементов, не входящие в состав радиоактивных семейств. Они также возникли в период образования Земли, и количество их постепенно уменьшается за счет радиоактивного распада.
Из элементов этой группы наибольшее значение имеет калий, радиоактивность которого была открыта в 1906 г. Калий - один из наиболее распространенных элементов. Его доля составляет 1,1% общего числа атомов, образующих земную кору. Калий необходим для нормального развития растений, а также является неотъемлемой составной частью любого живого организма, в том числе и человека. Природный калий представляет собою смесь трех изотопов К 39 , К 40 и К 41 , из которых радиоактивен только один - К 40 . Количество этого изотопа в природной смеси невелико - всего 0,0119%; в 1 г природного калия происходит около 30 распадов в секунду. Несмотря на такую, казалось бы, незначительную по сравнению с радием и ураном активность, калий благодаря своей распространенности играет в природе большую роль.
Из других радиоактивных элементов второй группы заслуживает внимания рубидий Rb, обладающий свойством накапливаться в некоторых растениях (1 л виноградного сока содержит 1 мг рубидия). Однако вызванная им активность значительно меньше, чем К 40 .
Третью группу естественнорадиоактивных веществ, входящих в состав биосферы, образуют радиоактивные изотопы, возникающие в атмосфере в результате действия космических лучей. К таким изотопам относятся радиоактивный углерод (С 14), фосфор (Р 32) и некоторые другие. Количество этих изотопов в природе относительно невелико.
После открытия радиоактивных элементов началось активное изучение физической природы их излучения. Резерфорду удалось обнаружить сложный составрадиоактивного излучения.
Опыт состоял в следующем. Радиоактивный препарат помещали на дно узкого канала свинцового цилиндра, напротив помещалась фотопластинка. На выходившее из канала излучение действовало магнитное поле. При этом вся установка находилась в вакууме.
В магнитном поле пучок распадался на три части. Две составляющие первичного излучения отклонялись в противоположные стороны, что указывало на наличие у них зарядов противоположных знаков. Третья составляющая сохраняла прямолинейность распространения. Излучение, обладающее положительным зарядом, получило название альфа-лучи, отрицательным - бета-лучи, нейтральным - гамма-лучи.
Изучая природу альфа-излучения, Резерфорд провёл следующий эксперимент. На пути альфа-частиц он поместил счётчик Гейгера, который измерял число испускающихся частиц за определённое время. После этого при помощи электрометра он измерил заряд частиц, испущенных за это же время. Зная суммарный заряд альфа-частиц и их количество, Резерфорд рассчитал заряд одной такой частицы. Он оказался равен двум элементарным.
По отклонению частиц в магнитом поле он определил отношение её заряда к массе. Оказалось, что на один элементарный заряд приходятся две атомные единицы массы.
Таким образом, было установлено, что при заряде, равном двум элементарным, альфа-частица имеет четыре атомные единицы массы. Из этого следует, что альфа-излучение - это поток ядер гелия.
В 1920 году Резерфорд высказал предположение, что должна существовать частица массой, равной массе протона, но не имеющая электрического заряда - нейтрон. Однако обнаружить такую частицу ему не удалось. Её существование было экспериментально доказано Джеймсом Чедвиком в 1932 году.
Кроме того, Резерфорд уточнил на 30 % отношение заряда электрона к его массе.