11 класс
§ 70. Биологическое действие радиоактивных излучений
Доза излучения.
Даже слабые излучения способны нанести живым клеткам существенные повреждения и вызвать опасные заболевания (например, лучевую болезнь). При большой интенсивности излучения живые организмы погибают. Опасность излучений усугубляется тем, что они не вызывают никаких болевых ощущений даже при смертельных дозах. Сильное влияние оказывает облучение на наследственность, поражая гены в хромосомах.
Воздействие ионизирующих излучений на живые организмы характеризуется поглощённой дозой излучения.
Поглощённой дозой излучения D называют отношение поглощённой энергии E ионизирующего излучения к массе m облучаемого вещества.
D = E / m
В СИ поглощённую дозу излучения выражают в греях 1 (Гр). 1 Гр равен поглощённой дозе излучения, при которой облучённому веществу массой 1 кг передаётся энергия ионизирующего излучения 1 Дж: 1 Гр ≡ 1 Дж/кг.
1 Эта единица названа в честь английского учёного Льюиса Грея (1905—1965).
На практике используется и внесистемная единица поглощённой дозы излучения — рад. В практической дозиметрии 1 рад ≈ 0,01 Гр.
Отношение поглощённой дозы излучения к времени облучения называют мощностью поглощённой дозы.
P = D / t
В СИ единицей мощности поглощённой дозы является грей в секунду (Гр/с).
При одной и той же дозе поглощённого излучения биологическое действие разных видов ионизирующего излучения на живые организмы и растения неодинаково. Для характеристики различия биологического действия ионизирующего излучения используют коэффициент относительной биологической активности, или коэффициент качества k.
Коэффициент качества β-излучения, рентгеновского и γ-излучения принят равным 1. Коэффициент качества для протонов с кинетической энергией 0,1—10 МэВ примерно равен 10, для α-частиц с энергией 10 МэВ — 20.
Для оценки действия ионизирующего излучения на живые организмы была введена физическая величина — эквивалентная доза.
Эквивалентная доза H — величина, равная произведению поглощённой дозы излучения D на коэффициент качества k.
H = Dk
Единицей эквивалентной дозы в СИ является зиверт 2 (1 Зв). 1 Зв равен эквивалентной дозе, при которой доза поглощённого γ-излучения равна 1 Гр.
2 Эта единица названа в честь шведского учёного Рольфа Зиверта (1896—1966), изучавшего воздействие радиоактивных излучений на биологические организмы.
Естественный фон радиации (космические лучи, радиоактивность окружающей среды, в частности, её источниками являются радон и продукты его распада, искусственные источники радиации и др.) составляет за год дозу излучения около 2 ∙ 10-3 Гр на человека. Международная комиссия по радиационной защите установила для лиц, работающих с излучением, предельно допустимую дозу за год, равную 0,05 Гр. Доза излучения в 3—10 Гр, полученная за короткое время, является смертельной.
Защита от радиоактивных излучений.
При работе с любым источником радиации необходимо принимать меры по защите людей, которые могут попасть в опасную зону действия излучения.
Самый простой метод защиты — это удаление от источника радиоактивного излучения на достаточно большое расстояние. Даже без учёта поглощения в воздухе интенсивность радиации убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника.
Когда удаление от источника излучения на достаточно большое расстояние невозможно, для защиты от излучения устанавливают преграды из поглощающих материалов. Наиболее сложна защита от γ-лучей и нейтронов из-за их большой проникающей способности. Лучшим поглотителем γ-лучей является свинец. Медленные нейтроны хорошо поглощаются бором и кадмием. Быстрые нейтроны предварительно замедляются с помощью графита.
Экологические проблемы использования ядерной энергии.
Ядерной энергетике, как и многим другим отраслям промышленности, присущи вредные или опасные факторы воздействия на окружающую среду. Наибольшую опасность представляет собой радиоактивное загрязнение.
Оно может возникнуть в результате аварии на ядерном реакторе. Приведём лишь несколько примеров.
Взрыв четвёртого энергоблока на Чернобыльской АЭС (26 апреля 1986 г.) привёл к выбросу в атмосферу радиоактивных веществ. Вследствие аварии на АЭС Фукусима-1, произошедшей из-за сильнейшего в истории Японии землетрясения и последовавшего за ним цунами, в 2011 г. произошла колоссальная утечка воды, содержащей радиоактивные вещества. Таким образом, опасность разрушения активной зоны реактора из-за ошибок персонала, просчётов в конструкции реакторов и природных катастроф остаётся реальной. Поэтому принимаются строжайшие меры для снижения этого риска (в частности, разрабатываются автоматические противоаварийные системы).
Сложные проблемы возникают с захоронением радиоактивных отходов и демонтажем отслуживших свой срок АЭС. Срок их службы составляет около 20 лет, после чего восстановление станций из-за многолетнего воздействия радиации на материалы конструкций невозможно. Технология переработки и утилизации радиоактивных отходов осуществляется на специальных заводах и включает разнообразные средства и этапы работы в целях переработки и последующего захоронения отходов.
Применение радиоактивных изотопов.
Радиоактивные изотопы широко используют в науке, технике, медицине, сельском хозяйстве и промышленности. В науке и в производстве применяют метод меченых атомов, основанный па том, что химические свойства радиоактивных изотопов не отличаются от свойств нерадиоактивных изотопов тех же элементов. Радиоактивность является своеобразной меткой, с помощью которой можно проследить за поведением элемента при различных химических реакциях и физических превращениях веществ. Метод меченых атомов стал одним из наиболее действенных методов при решении многочисленных проблем биологии, физиологии, медицины и т. д.
В медицине радиоактивные изотопы применяют как в диагностических, так и для терапевтических целей. Радиоактивный натрий, вводимый в небольших количествах в кровь, используется для исследования кровообращения. Размножающиеся клетки в злокачественных (раковых) опухолях более чувствительны к облучению, чем нормальные. На этом основано подавление раковой опухоли γ-лучами радиоактивных препаратов.
Радиоактивные изотопы позволяют судить о диффузии металлов, процессах в доменных печах и т. д. Мощное γ-излучение радиоактивных препаратов используют для исследования внутренней структуры металлических отливок с целью обнаружения в них дефектов.
Вопросы:
1. Какую физическую величину называют:
а) поглощённой дозой излучения;
б) мощностью поглощённой дозы?
2. Приведите примеры источников естественного радиационного фона.
3. Что характеризует коэффициент относительной биологической активности?
4. Как можно определить эквивалентную дозу?
5. Какие меры предпринимаются для защиты от ионизирующего излучения?
6. Какие существуют экологические проблемы использования АЭС?
