Альфа и бета излучения. Виды радиационного излучения. Что такое радиоактивность

В процессе распада атомов тяжелых химических элементов происходит излучение положительно заряженных α-частиц.

Эти частицы имеют массу равную 4 и заряд +2. Структура α-частиц аналогична строению ядер гелия 4 (4 Не). Она состоит из 2 нейронов и 2 протонов.

Тяжелые частицы оказывают интенсивное ионизирующее воздействие на среды, при котором образуется около 40000 пар ионов на каждый 1 см пробега.

При этом теряется значительная часть энергии и снижается проникающая способность.

Источником α-излучения являются элементы с большим порядковым номером (более 82) и малыми энергиями связей внутри молекулы.

Длина пробега α-частицы (расстояние от источника радиоактивного излучения до поглощающей среды) в воздухе составляет от 2 до 10 см, а в биологических тканях – несколько микрон.

Поэтому облучение α-частицами внешней поверхности тела не наносит выраженных повреждений, так как даже слой ороговевших клеток эпидермиса способен задержать проникновение частиц к живым клеткам тела.

Опасность для живых организмов представляют частицы радиоактивного вещества, испускающие α-излучение, попавшие внутрь организма с воздухом, жидкостью или зараженными продуктами питания. В биологических тканях частицы образуют около 40 тыс. пар ионов на 1-2 микрон длины пробега. Столь значительная степень ионизации представляет серьезную опасность для здоровья.

Низкая проникающая способность характерна для α- частиц с энергией менее 15 МэВ. Полученные на ускорителе α-частицы обладают гораздо большей энергией и способны вызвать значительное повреждение кожного покрова даже при минимальной дозе облучения.

Основным методом защиты от α–частиц является создание достаточного для их задержания барьера:

• слоя воздуха между телом и источником излучения – достаточно удалиться на 15-20 см;
• искусственного препятствия в виде защитного костюма, резиновых перчаток и изолирующих очков.

Но так как главную опасность представляет внутреннее облучение, то следует избегать попадания α–частиц внутрь дыхательной системы и желудочно-кишечного тракта. Для изолирования органов дыхания достаточно использовать респиратор.

Большую опасность для внутреннего α-облучения представляют изотопы плутония и америция, так как они обладают высокой α-активностью. Чтобы предупредить облучение α-частицами нельзя употреблять воду и продукты питания, зараженные изотопами тяжелых элементов.

Для исключения попадания радиоактивной пыли в органы дыхания проводят ежедневную влажную уборку помещения, а раз в месяц – с помощью мыльной воды моют все поверхности – двери, окна, полы, стены. Для очистки воды от радиоактивных веществ, обладающих α-активностью, используют методы:

• нанофильтрации;
• ионного обмена;
• обратного осмоса.

Источником α-частиц является газ радон, выделяющийся через геологические разломы в воздух, воду, из строительных материалов, содержащих радиоактивное семейство уран-радий. Радон оказывает повреждающее действие при вдыхании газа. Продукты распада вызывают микроожог ткани легких и приводят к раковым заболеваниям.

Для защиты от воздействия радона необходим мониторинг его содержания в помещениях. Для этого используют специальные измерительные приборы. При превышении допустимого уровня используют следующие методы защиты:

• проветривание жилых помещений;
• изоляцию подвального помещения с помощью листов пластика;
• оборудование вентиляции, выводящей радон наружу.

Наиболее действенным методом защиты жилых помещений от проникновения радона является изоляция подвальных помещений и отведение из них газа с помощью системы вентиляции с положительным давлением. Для очистки воды от растворенного в ней радона достаточно ее прокипятить.

Химические методы защиты

Организм человека на ¾ состоит из воды. В результате воздействия α- частиц на биологические жидкости происходит процесс разложения (радиолиз) воды с образованием свободных радикалов.

Отрицательные радикалы активно вступают в биохимические реакции, нарушая процессы биосинтеза и энергообмена, разрушая органеллы клеток из которых в цитоплазму высвобождаются протеолитические ферменты. Эти процессы обусловлены дезактивацией ферментов, имеющих в своем составе группу-SH (сульфгидрильную).

В середине XX века ученые приступили к разработке препаратов, защищающих организм от облучения. Наиболее эффективными оказались некоторые аминотиолы, например, Цистамин и Цистеамин. Они обладают выраженной антигемолитической активностью и, по сути, являются источником SH -групп и играют роль восстановителей в окислительных процессах, связывают свободные радикалы, нейтрализуют возбужденные молекулы, образующиеся в тканях организма под действием α-излучения, придают устойчивость некоторым ферментам.

Раньше в комплект антирадиационной аптечки входил препарат-радиопротектор Цистамин. В настоящее время он заменен более эффективным Б-190 (Индралин). Препарат имеет меньшую токсичность и оказывает радиопротекторное действие в течение 1 часа.

Повторный прием препарата возможен через 1 час после первого применения. Также радиопротекторными свойствами обладает Нафтизин, который выпускают в виде 0,1% раствора для внутримышечных инъекций.

Продукты с радиопротекторными свойствами

Некоторые продукты оказывают радиопротекторное действие. Употребление продуктов, содержащих витамины С и группы В, селен, снизят проникновение радиоактивных ионов в системный кровоток и накопление их в органах.

Эти вещества содержат:

• орехи;
• пшеница и изделия из пшеничной муки;
• редис;
• морская капуста.

Некоторые лекарственные растения тоже препятствуют α-облучению:

• женьшень;
• заманиха;
• левзея;
• элеутерококк;
• медуница.

Для частичного выведения из ЖКТ радиоактивных изотопов используют энтеросорбенты – активированный уголь, Смекту, Энтеросгель, Полисорб МП, Полифепан и Лиферан.

Человек не может почувствовать радиацию, для выявления α-излучения используют счетчик Гейгера. Период полураспада α-радиоактивных элементов составляет от нескольких миллисекунд до нескольких миллиардов лет, поэтому защита временем в этом случае маловероятна.

В настоящее время не существует эффективных методов защиты от внутреннего α-излучения, кроме барьерных средств защиты и исключения риска заражения через продукты или воду. Но ученые продолжают работать над созданием эффективных средств защиты.

Альфа-излучение (альфа-лучи) - это один из видов ионизирующих излучений; представляет собой поток быстро движущихся, обладающих значительной энергией, положительно заряженных частиц (альфа-частиц).

Основным источником альфа-излучения служат альфа-излучатели - , испускающие альфа-частицы в процессе распада. Особенностью альфа-излучений является его малая проникающая способность. Пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким (сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5-8 см в воздухе).

Однако вдоль короткого пути альфа-частицы создают большое число ионов, то есть обусловливают большую линейную плотность ионизации. Это обеспечивает выраженную относительную биологическую эффективность, в 10 раз большую, чем при воздействии рентгеновского и . При внешнем облучении тела альфачастицы могут (при достаточно большой поглощенной дозе излучения) вызывать сильные, хотя и поверхностные (короткий пробег) ожоги; при попадании через долгоживущие альфа-излучатели разносятся по телу током крови и депонируются в органах и др., вызывая внутреннее облучение организма. Альфа-излучение применяют для лечения некоторых заболеваний. См. также , Излучения ионизирующие.

Альфа-излучение - поток положительно заряженных α-частиц (ядер атомов гелия).

Основным источником альфа-излучения являются естественные радиоактивные изотопы, многие из которых испускают при распаде альфа-частицы с энергией от 3,98 до 8,78 Мэв. Благодаря большой энергии, двукратному (по сравнению с электроном) заряду и относительно небольшой (по сравнению с другими видами ионизирующих излучений) скорости движения (от 1,4·10 9 до 2,0·10 9 см/сек) альфа-частицы создают очень большое число ионов, густо расположенных по их пути (до 254 тыс. пар ионов). При этом они быстро расходуют свою энергию, превращаясь в обычные атомы гелия. Пробеги альфа-частиц в воздухе при нормальных условиях - от 2,50 до 8,17 см; в биологических средах - сотые доли миллиметра.

Линейная плотность ионизации, создаваемой альфа-частицами, достигает нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях.

Ионизация, производимая альфа-излучением, обусловливает ряд особенностей в тех химических реакциях, которые протекают в веществе, в частности в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.). Эти радиохимические реакции, протекающие в биологических тканях под воздействием альфа-излучения, в свою очередь вызывают особую, большую, чем у других видов ионизирующих излучений, биологическую эффективность альфа-излучения. По сравнению с рентгеновским, бета- и гамма-излучением относительная биологическая эффективность альфа-излучения (ОБЭ) принимается равной 10, хотя в различных случаях она может меняться в широких пределах. Как и другие виды ионизирующих излучений, альфа-излучение применяется для лечения больных с различными заболеваниями. Этот раздел лучевой терапии называется альфа-терапией (см.).

См. также Излучения ионизирующие, Радиоактивность.

Введение.

Радиационная медицина ‑ наука, изучающая действие ионизирующих излучений (ИИ) на организм человека, принципы лечения лучевых повреждений и профилактики возможных последствий облучения.

Среда обитания человека ‑ мир излучений, которые представляют собой перенос энергии через пространство в виде электромагнитных волн или субатомных частиц . Спектр электромагнитных излучений чрезвычайно широк. К ним относятся и свет, и звук. Они составная часть жизни. Человек адаптирован к излучениям в определенном диапазоне.

Излучения с длиной волны 10 ‑14 ‑10 ‑9 м представляют собой рентгеновское и гамма-излучения, с длиной около 10 ‑8 ‑10 ‑7 м (10–400 нм) – ультрафиолетовый свет, около 10 ‑6 м (400‑700 нм) ‑ видимый свет, около 10 ‑6 ‑10 ‑3 м (0,740‑1000 мкм) ‑ инфракрасный свет, 10 ‑3 ‑10 4 м ‑ радиоволны, 10 5 ‑10 8 м ‑ излучения, сопровождающие электричество. Электромагнитные волны нашли широкое применение в жизни общества ‑ промышленной рентгенографии и лучевой терапии (10 ‑14 ‑10 ‑13 м), медицинской рентгенографии (10 ‑12 ‑10 ‑10 м), фотографии (видимый и инфракрасный свет), радарах (10 ‑3 ‑10 ‑2 м), телевидении (10 ‑1 ‑10 0 м), радио (10 1 ‑10 4 м) и т.д.

Все виды излучений подразделяют на:

Ионизирующие излучения – альфа-, бета-, гамма-, рентгеновское излучения, коротковолновая часть ультрафиолетового света.

Неионизирующие излучения – длинноволновая часть ультрафиолетового света, видимый, инфракрасный свет, радиоволны.

Ионизирующие излучения обладают свойством ионизировать атомы. Излучение отрывает электроны и переносит их на оболочки других атомов. Например:

Н 2 О + hν → Н 2 О + + е –

Ионизированные атомы существуют доли секунд, т.к. электроны под действием электростатических сил возвращаются назад. В эти доли секунд ионизированные атомы запускают ряд патологических реакций, которые могут привести даже к гибели организма. Различие между ионизирующим излучением и неионизирующим в энергии. Если энергия излучения равна или больше 34 электрон-вольт (эВ), ‑ это ионизирующее излучение.

Электрон-вольт – единица, применяемая в ядерной физике для измерения энергии элементарных частиц и электромагнитных излучений. 1 эВ соответствует кинетической энергии, которую приобретет частица с зарядом равным заряду электрона (элементарный электрический заряд), проходя через электрическое поле с разностью потенциалов 1 В.

1эВ = 1,6∙10 ‑19 Дж.

Классификация ионизирующих излучений.

Различают два вида ИИ:

- Корпускулярные .

- Электромагнитные волны (квантовое или фотонное излучение).

Корпускулярные ИИ представляют собой поток частиц: электронов, протонов, нейтронов и т.д. Частицы могут быть нейтральными (нейтроны) и заряженными (альфа-частицы, бета-частицы, протоны). Существуют еще такие частицы как нейтрино, мезоны и другие, но как они действуют на организм человека изучено недостаточно.

К ИИ в виде электромагнитных волн относятся гамма- и рентгеновское излучения, коротковолновая часть ультрафиолетового света.

Краткая характеристика отдельных видов ионизирующих излучений (источники, энергия, проникающая способность, биологические эффекты, защита).

Альфа-излучение.

Альфа-частица представляет собой ядро атома гелия, которое состоит из 2 протонов и 2 нейтронов, заряд ядра +2, масса 4. Источником α-частиц всегда является распад радиоактивных веществ (РВ), но не все РВ являются α-излучателями. Естественный распад является способом самоуничтожения РВ. Нерадиоактивные вещества не распадаются. РВ при распаде дают дочерние продукты, очень часто радиоактивные благородные газы, последние являются короткоживущими, существуют всего несколько часов.

Существуют естественные (природные) и искусственные источники альфа-излучения . Например, к естественным источникам относятся радиоизотопы урановой группы. Родоначальник – уран-238 (238 U), который появился с момента образования планеты. Скорость его распада очень мала, он дожил до наших дней и присутствует везде ‑ в почве, воде, продуктах, теле человека. В крови, моче он доступен для количественного определения. Продукты распада 238 Uдают цепочку из 18 наименований, последнее вещество, свинец, является стабильным.

Искусственные α-излучателиобразуются в ядерных реакторах, в которых происходит синтез изотопов, часто не существующих в природе. Примером может быть плутоний-239 (239 Pu), используемый как ядерная взрывчатка. В природе в естественных условиях он не существует, имеет период полураспада 40000 лет, дороже золота.

Каждый радионуклид характеризуется энергией излучения. По энергии излучения радионуклиды можно идентифицировать с помощью спектрометра. Например, у 239 Puэнергия α-излучения равна 3,8 мегаэлектрон-вольт (МэВ). У большинства радионуклидов α-излучателей энергия α-излучения находится в диапазоне от 3 до 5 МэВ. Одна α-частица может ионизировать много атомов, число которых можно рассчитать. Например, α-частица с энергией 3,8 МэВ образует более 100 тысяч пар ионов (3,8 МэВ: 34 эВ).

Проникающая способность α-частиц низкая. Эта крупная, заряженная частица не может преодолеть даже лист бумаги. Пробег α-частиц в воздухе составляет несколько сантиметров, в жидкостях и биологических тканях ‑ от 10 до 100 мкм. Например, проникающая способность в биологическом материале α-излучения 226 Racэнергией 4,8 МэВ близка к 40 мкм. Любые материалы, включая биологические ткани, полностью поглощают α-частицы. Эпидермис кожи поглощает α-излучение своими ороговевшими чешуйками, и живые клетки обычно не повреждаются. Ожогов кожи α-излучением не бывает. Даже слизь роговицы, слизистых оболочек защищает от воздействия α-частиц. Не описано случаев отравления 239 Puу рабочих атомной промышленности. При приеме внутрь он практически не всасывается при неповрежденной слизистой желудочно-кишечного тракта, выделяется с калом и не облучает в значительной степени слизистую.

Альфа-излучатели опасны при вдыхании, так как альвеолы не имеют защитного слоя. Если происходит их диффузия в кровь, возможно развитие острой лучевой болезни, вследствие высокой ионизирующей способности с образованием нескольких десятков тысяч пар ионов на одну частицу (от 20000 в начале пробега до 80000 в конце).

Принципы защиты. При работе с α-излучателями надо предотвратить их поступление во внутреннюю среду организма, в основном, путем защиты органов дыхания марлевой повязкой, респиратором, противогазом, изолирующим костюмом и другими средствами.

Бета-излучение.

Существует 2 разновидности бета-частиц: электроны (е -) и позитроны (е +). Они различаются зарядом, в остальном их свойства схожи.

Источники:

1. Радиоактивные вещества ‑ бета-излучатели (более 100). При естественном распаде излучают электроны или позитроны.

2. Бетатроны. Приборы, которые излучают электроны.

Существуют естественные и искусственные радионуклиды ‑ бета-излучатели . Главные из естественных:

Калий-40, присутствует в большом количестве в земной коре, особенно много его в минеральных удобрениях. Калий-40 ‑ смешанный излучатель (бета и гамма), поэтому возможна его регистрация портативными приборами. С помощью спектрометра излучения человека (СИЧ) можно определить количество калия-40 в организме. Так как соотношение между калием-40 и стабильным калием постоянное, можно определить общее содержание калия в организме.

Углерод-14 присутствует в организме человека. По содержанию в ископаемом объекте можно определить его возраст, для чего сравнивают с содержанием в живом объекте.

Искусственные бета-излучатели попали в окружающую среду в результате испытаний ядерного оружия в воздухе. Наиболее значимыми из них являются йод-125, стронций-90, цезий-137. Сейчас испытания ядерного оружия в воздухе запрещены и проводятся только под землей. Подземные взрывы вызывают землетрясения. На поверхность могут диффундировать только радиоактивные газы, которые быстро распадаются. Самая мощная бомба в 50 мегатонн (американцы назвали ее "большой Иван") была взорвана в 1962 г. Мощность атомной бомбы взорванной в Хиросиме – 4 килотонны.

Энергия бета-излучения меньше чем у альфа-излучения и составляет 10-100 килоэлектрон-вольт (кэВ). Бета-излучение обладает меньшей ионизирующей способностью при сравнении с альфа-излучением (несколько десятков пар ионов на микрометр пробега). При торможении электронов в веществе возникает тормозное рентгеновское излучение.

Проникающая способность бета-частиц больше, чем у альфа-частиц, а заряд и масса меньше. По воздуху бета-частицы распространяются до нескольких метров, в биологических тканях до нескольких сантиметров. Проникающая способность в биологическом материале β-излучения с энергией 2-5 МэВ равна 1-2,5 см. Бета-частицы имеют малую массу и при столкновении с другими элементарными частицами отклоняются, их путь извилист. Любые ткани поглощают бета-частицы. У пострадавших в результате чернобыльской аварии не было выявлено ожогов стоп, так как обувь эффективно поглощает бета- излучение. Без защиты бета-частицы могут проникать до росткового слоя кожи и поражать его. Ожоги, как правило, поверхностные, 1-2 степени. При внешнем облучении костный мозг не повреждается, и депрессии кроветворения, как правило, не наблюдается.

Бетатроны. Есть медицинские бетатроны, которые дают пучок электронов, направляемый на больной орган (опухоль). При контакте с пучком происходит локальное повреждение органов. У бетатрона энергия пучка может быть до 50 МэВ. Пучок электронов с энергией до 25 МэВ создает в тканях ионизацию с максимумом ее на глубине 1-3 см, затем доза быстро падает и на глубине 10 см практически близка к нулю. При уменьшении энергии электронов до 5-6 МэВ максимум дозы сдвигается ближе к поверхности тела. Костная ткань более значительно уменьшает пробег электронов.

Принципы защиты от бета-излучения. Основная задача защитить от поверхностного облучения кожу и видимые слизистые. Должно быть меньше открытых частей тела. Сухие хлопчатобумажные ткани защищают кожу не хуже, чем резина, мокрые пропускают бета-излучение. Необходимо защитить органы дыхания. Сложенный вчетверо носовой платок защищает в 8 раз, респиратор – в 100 раз.

Протоны (р) имеют массу, равную 1 а.е.м., заряд +1. Протоны являются составной частью космического излучения, однако, в основном, поглощаются атмосферой. Протоны образуются также на ускорителях тяжелых заряженных частиц промышленного и медицинского назначения типа синхроциклотрона. Ускоритель протонов представляет собой сложное инженерное сооружение. Двигаясь по спирали в однородном магнитном поле, протоны достигают больших энергий. Их пробег в воздухе достигает десятков метров. Длину пробега протонов и место их остановки в тканях пациента регулируют с помощью выбора толщины тормозящего фильтра, который изменяет энергию пучка. Это позволяет формировать пучок протонов с необходимыми лечебными свойствами.

Протоны постепенно теряют свою энергию при столкновении с ядрами атомов и внешними электронами. Так как масса протонов, как и масса альфа-частиц, значительно превышает массу электронов атомов, с которыми они соударяются, их траектория почти прямолинейна до конца пробега. Пробег протонов сэнергией 120 и 140 МэВ в тканях составляет соответственно 11 и 14 см. Ионизирующая способность пучка протонов резко возрастает в конце пробега (пик Брегга). Это позволяет подвести высокую дозу к облучаемой опухоли (до 100-200 Гр) без существенного облучения здоровых тканей. Ускорители протонов позволяют облучать строго ограниченные объемы тканей от 1 см 3 и более. На ускорителях протонов работает ограниченное число людей. Описаны несчастные случаи с непреднамеренным попаданием протонного пучка в голову. При этом наблюдается эффект воздействия как от укола иглой. Исход зависел от того, что было повреждено.

Нейтроны.

Нейтроны (n) имеют массу, равную 1 а.е.м., заряд 0. Источник нейтронного потока ‑ цепные ядерные реакции (ЦЯР). Эти реакции идут на солнце и дают солнечную энергию. Нейтроны доходят от солнца до верхних слоев атмосферы земли и поглощаются парами и воздухом. В обычных условиях человек не подвергается воздействию нейтронов. Нейтроны возникают при ядерном взрыве, вызывают тяжелое поражение, хотя действие длится секунды. Нейтроны поддерживают ЦЯР в ядерных реакторах, где их удерживают отражателями, чтобы они не выходили из активной зоны.

Энергия нейтронов колеблется в очень широком диапазоне от 0,025 эВ до 300 и более МэВ. По энергии различают медленные и быстрые нейтроны , между которыми граница находится в области 1 МэВ. К медленным относятся нейтроны с небольшой энергией, которые получили название тепловых нейтронов . Нейтроны с энергией в сотни и тысячи эВ называются промежуточными . Нейтроны с энергией более 1МэВ – быстрые . Нейтроны с энергией более 20 Мэв – сверхбыстрые .

В ускорителях нейтронов – пучковые потоки. Пучки нейтронов с энергией 10-15 МэВ имеют максимум ионизации непосредственно на поверхности тела. Энергия определяет проникающую способность . Нейтроны не имеют заряда, проникают вглубь атома и взаимодействуют непосредственно с ядрами. Теоретически нейтроны распространяются до бесконечности, но препятствиями поглощаются. Проникающая способность в биологическом материале нейтронов с энергией 14 МэВ составляет 10 см. Содержащие водород соединения хорошо поглощают нейтроны (вода, парафин, пластмассы). Нейтрон имеет массу, равную массе протона, при столкновении с водородом наблюдается эффект равных шаров (упругое рассеяние ). Нейтрон передает протону половину энергии, последний (протон отдачи ) начинает двигаться и ионизировать другие атомы. При столкновении нейтрона с крупными ядрами эффектотражения (неупругое рассеяние ) . При этом часть энергии нейтрона возбуждает ядро отдачи , которое переходит в стабильное состояние, излучая гамма-квант.

При определенных условиях нейтроны могут поглощаться ядрами (радиационный захват ), переводя их в возбужденное состояние, и вызывать ЦЯР (деление или синтез ядер). Нейтроны способны вызывать наведенную активность , превращая нерадиоактивные в радиоактивные атомы. Нейтроны могут образовывать радиоактивные золото, железо и др. Наводиться могут все металлы (золотые зубы, кольца, расчески). Описан ожог языка от прилегающей коронки зуба после облучения нейтронами. По степени наведенной активности физики могут определить дозу облучения. Нейтронная бомба была создана как противотанковое оружие, так как наводит радиоактивность. Это самая дорогая бомба, сейчас ее производство прекращено.

Биологические эффекты нейтронов . Воздействие кратковременно. Так как нейтроны проникают везде, характерно повреждение кроветворной ткани. Отмечается односторонность повреждения. Большую дозу получает часть тела, повернутая к источнику, и на стороне поражения будет краснота кожи. В случае неравномерного поражения прогноз по кроветворению благоприятный, так как костный мозг сам себя пересадит в пораженные участки, и трансплантация костного мозга не требуется.

Для защиты используют экраны из воды, парафина, пластмасс. У свинца – меньшая защитная эффективность от нейтронов.

Рентгеновское излучение.

Различают характеристическое рентгеновское излучение и тормозное. Характеристическое излучение возникает при изменении энергетического состояния электрона в атоме с переходом его на более энергетически выгодную орбиталь. Тормозное рентгеновское излучение образуется при столкновении заряженных частиц (электронов) с частицами вещества, через которое они проходят. Этот принцип возникновения рентгеновского излучения при торможении электронов на аноде используется в рентгеновских трубках.

Рентгеновское излучение имеет длину волны 10 ‑14 ‑10 ‑9 м. Чем меньше длина волны, тем выше энергия излучения и больше проникающая способность . При прохождении через ткани рентгеновское излучение быстро поглощается, и доза, полученная тканями и органами, зависит от расстояния до источника. Повреждающее действие рентгеновского излучения на ткани сходно с описанным ниже действием гамма-излучения. К защитным материалам относятся тяжелые металлы (свинец), бетон, грунт.

Гамма-излучение.

Источники гамма-излучения разные. Образуется при ядерных превращениях, имеет длину волны 10 ‑14 ‑10 ‑10 м. Гамма-излучение сопровождает бета-излучение (b+g). Отдельные альфа-излучатели также могут быть источниками гамма-излучения (a+g). Гамма-излучение может сопровождать и ЦЯР с нейтронным излучением. Гамма-фон за счет космического и земного излучения существует с момента зарождения планеты и уменьшается со временем. Гамма-излучение обладает повреждающим действием, которое особенно биологически значимо для хромосомного аппарата. Человек в определенной степени адаптирован к гамма-фону. Более того, некоторые считают, что, повышая изменчивость, гамма-фон способствовал возникновению жизни и ускорению эволюции.

На земле гамма-фон находится в пределах от 5 до 50 мкР/час. Уровень гамма-фона местности зависит от высоты над уровнем моря, присутствия горных пород. В Бразилии, Индии есть территории, где наблюдается еще более высокий гамма-фон, но там живет мало людей. Важно знать гамма-фон своей местности. В Витебске гамма-фон составляет 10-15 мкР/час. В горах гамма-фон выше, так как поверхность земли ближе к солнцу и разреженная атмосфера меньше поглощает космическое гамма-излучение. Там, где есть гранитные породы, гамма-фон также выше.

Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью. Длина пробега в воздухе составляет несколько сот метров. При прохождении тела человека γ-излучение теряет половину энергии. Ослабление гамма-излучения осуществляется путем фотоэффекта, эффекта Комптона и путем образования пары электрон-позитрон.

При фотоэффекте энергия фотона полностью поглощается и расходуется на отрыв электрона и придание ему кинетической энергии. Электрон, вырванный из поля атома, производит ионизацию ткани. Место выбитого электрона занимает электрон с более высокой орбитали с испусканием характеристического рентгеновского излучения. Чем ближе электрон к ядру, тем большая энергия его связи с ядром. Фотоэффект характерен для мягкого гамма-излучения с энергией до 0,5 МэВ.

При энергии от 0,5 до 1 МэВ фотон передает выбитому электрону только часть своей энергии, меняя направление своего движения, что получило название комптоновского рассеяния . Фотон с энергией более 1 МэВ, взаимодействуя с ядром, преобразуется в его поле в пару электрон и позитрон , которые производят ионизацию других ядер. Позитрон, встречаясь с электроном, превращается в два фотона (аннигиляция ), которые поглощаются средой.

Эффекты . Характерно повреждение кроветворной ткани (костного мозга, лимфоидной ткани, периферической крови), репродуктивных органов и эпителиальной ткани. Другие органы и ткани менее чувствительны.

Защита. Существует 3 принципа защиты. Защита расстоянием . По мере удаления от источника доза уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Надо отойти на максимально возможное расстояние от источника излучения. Иногда в защите жизни решающим оказывается один шаг. При аварии на ЧАЭС так и не было аварийного сигнала. Люди находились на рабочих местах и облучались с 1 20 до 8 00 , до конца рабочей смены. Если бы была сирена, люди бы ушли в убежище. Защита временем . Доза облучения пропорциональна времени контакта. Чтобы уменьшить дозу вдвое, надо сократить время контакта вдвое. Защита экраном . Используются свинцовые, бетонные, грунтовые экраны. Для всех материалов есть свой процент (коэффициент) ослабления.

Основные понятия и единицы измерения в радиационной медицине.

Активность (А) характеризует количество атомов, распадающихся единицу времени. Скорость радиоактивного распада – величина постоянная для каждого радионуклида. Радиоактивный распад до полного самоуничтожения описывается уравнением:

N t = N 0 ×e - 0,693 × t/T ,

где N 0 – исходное количество активных атомов, N t – количество активных атомов через время t, и Т – период полураспада вещества.

Существует 2 основные единицы активности.

Первоначально, за единицу Кюри (Ки) была принята активность 1 г радия-226. 1 кюри = 3,7×10 10 распадов в секунду. Кюри – крупная единица, поэтому на практике часто используют дольные производные.

У слова «радиация» латинские корни. Radius на латыни означает луч. Вообще под радиацией понимаются все природные излучения. Это радиоволны, ультрафиолет, альфа излучение, даже обычный свет. Одни излучения вредны, другие могут стать даже полезными.

Образование

Возникновению альфа-частиц способствуют ядерный альфа-распад, ядерные реакции или полная ионизация атомов гелия-4. Первичные космические лучи в значительной мере состоят из альфа-частиц.

В основном, это ускоренные ядра гелия из потоков межзвёздного газа. Некоторые частицы возникают как сколы от более тяжёлых ядер космических лучей. Также возможно их получение при помощи ускорителя заряженных частиц.

Характеристика

Альфа излучение - разновидность излучений ионизирующих. Это поток тяжёлых частиц, заряженных положительно, движущихся со скоростью около 20000 км/сек и имеющих достаточную энергию. Основные источники этого типа излучения - радиоактивные изотопы веществ, имеющих свойства распада в связи со слабостью атомных связей. Такой распад способствует излучению альфа-частиц.

Главной особенностью этого излучения является его очень низкая проникающая способность. Этим оно отлично от иных типов ядерных излучений. Это вытекает из их высочайших ионизирующих способностей. Но на каждое действие ионизации затрачивается определённая энергия.

Взаимодействие тяжёлых заряженных частиц происходит чаще с атомными электронами, поэтому они почти не отклоняются от начального направления движения. Исходя из этого, путь частиц измеряется как прямое расстояние от источника самих частиц до той точки, где они останавливаются.

Измерение пробега альфа-частиц производится в единицах длины или поверхностной плотности материала. В воздухе величина такого пробега может составить 3 - 11 см, а в средах жидкой или твёрдой - только сотые доли миллиметра.

Воздействие на человека

Вследствие очень активной ионизации атомов, альфа-частицы интенсивно теряют энергию. Поэтому её недостаточно даже для проникновения сквозь омертвевший слой кожи. Это сводит риски радиационного облучения к нулю. Но если частицы были получены при помощи ускорителя, то они станут высокоэнергичными.

Главную опасность несут частицы, появившиеся в процессе альфа-распада радионуклидов. При попадании их внутрь организма даже микроскопической дозы хватит, чтобы возникла острая лучевая болезнь. И очень часто такое заболевание заканчивается летально.

Воздействие на электронную аппаратуру

Альфа-частицы создают в полупроводниках электронно-дырочные пары. Это может вызывать сбои в полупроводниковых приборах. Для предотвращения нежелательных последствий для производства микросхем применяют материалы, имеющие низкую альфа-активность.

Детектирование

Чтобы узнать, присутствует ли альфа излучение, и в каких значениях, необходимо его обнаружить и измерить. Для этих целей существуют детекторы - счётчики частиц. Эти приборы регистрируют как сами частицы, так и отдельные атомные ядра, и определяют их характеристики. Наиболее известным детектором является счётчик Гейгера.

Защита от альфа-частиц

Низкая проникающая способность альфа излучения делает его достаточно безопасным. Оно воздействует на организм человека только в особой близости от источника излучения. Достаточно листа бумаги, резиновых перчаток, пластиковых очков, чтобы надёжно защитить себя.

Наличие респиратора должно быть обязательным условием. Главная опасность - попадание частиц внутрь организма, поэтому дыхательные пути необходимо защищать особенно тщательно.

Польза альфа излучения

Применение этого типа излучения в медицине называется альфа-терапией. Она использует полученные при альфа-излучении изотопы - радон, торон, имеющие малые сроки жизни.

Разработаны и специальные процедуры, положительно влияющие на жизненно важные системы организма человека, а ещё оказывающие обезболивающие и противовоспалительные действия. Это радоновые ванны, альфа-радиоактивные компрессы, вдыхание воздуха, насыщенного радоном. В данном случае, альфа излучение - полезная радиоактивность.

Медики Великобритании успешно экспериментируют с новыми средствами, использующими воздействие альфа-частиц. Эксперимент производился на 992 пациентах, у которых простата была поражена раком поздних стадий. Результатом этого стало снижение смертности на 30%.

Выводы учёных говорят о том, что альфа-частицы являются безопасными для пациентов. Они и более эффективны в сравнении с использовавшимися обычно бета-частицами. Также воздействие их более точечное, и для разрушения раковой клетки требуется не больше трёх ударов. Бета-частицы такого же эффекта достигают после нескольких тысяч попаданий.

Источники излучения

Активно развивающаяся цивилизация и окружающую среду загрязняет активно. Радиоактивному загрязнению окружающего нас пространства способствуют объекты урановой промышленности, ядерные реакторы, предприятия радиохимической промышленности, захоронения радиоактивных отходов.

Также альфа и другие типы излучений возможны при использовании радионуклидов на объектах народного хозяйства. Космические исследования и сети радиоизотопных лабораторий тоже добавляют излучений в общую их массу.

Данное излучение с успехом применяется в медицине для лечения ряда онкологических заболеваний. Альфа-излучение обладает самой высокой биоактивностью, поэтому все источники излучения требуют особого отношения.

Удивительно, но на планете любое вещество имеет радиоактивный фон. Альфа-излучение представляет собой поток тяжелых и положительно заряженных нейтронов и протонов. Специалисты продолжают искать возможности использования нуклидов радиации в медицинской сфере и с успехом лечат с их помощью некоторые онкологические недуги. Но эти частички требуют крайне осторожного обращения, потому что они характеризуются высочайшей биоактивностью.

Впервые частицы этих лучей были зафиксированы британских ученым Эрнестом Резерфордом. Именно благодаря его научным изысканиям мир получил модель атома и узнал, что представляет собой альфа излучение. Эрнест смог расщепить излучение на элементы, воздействуя магнитным полем на радиоактивный препарат.

Специалист положил в запаянный цилиндр из свинца радиоактивное вещество, фотопластину и подверг их на выходе влиянию магнитного поля. Вследствие этого облучение расщеплялось на отдельные части. Пара лучей, отклонившиеся в противоположные стороны, были названы бета-лучами и альфа-лучами. Лучи, преломляющиеся под углом в 90 градусов, были названы гамма-лучами. Для характерен отрицательный заряд, а для альфа - положительный.

После исследования альфа-лучей Резерфорд выяснил, что альфа-частица по многим показателям похожа на атом гелия и обладает положительным зарядом. Также ученый узнал о следующих характеристиках альфа-излучения:

• масса частички излучения - 4,0015 АЕМ (атомная единица массы);
• энергия альфа-частички - от 2 до 9 МэВ;
• у альфа-излучения проникающая способность крайне низкая - это отличительная особенность лучей;
• самые распространенные источники - радиоактивные изотопы;
• у альфа-луча очень короткий путь - его длина не превышает одиннадцати сантиметров.

Характерные свойства

Альфа-лучи представляют собой последствие воздействия электромагнитного или магнитного поля на радиоактивное вещество. Мощность облучения зависит от радиоактивного вещества, которое использовалось для его получения. К примеру, у урана энергия альфа-лучей достигает 4,6 МэВ. При этом пробег (начальная скорость) альфа частицы достигает 15 000 км/с. По мере продвижения лучей в пространстве их частицы движутся все медленнее и в итоге сравниваются со скоростью молекул вещества. После торможения, положительно заряженные частички затягивают к себе электрон и формируют атом гелия.

Энергия излучения расходуется на получение ионов из атома. Его лучи, продвигаясь даже на 10 мм в воздухе, формируют около 30 000 пар ионов. Именно из-за способности к ионизации альфа-лучи в окружающей среде распространяются не больше чем на 11 см. А в твердых веществах излучение углубляется лишь на сотую долю миллиметра. При этом радионуклиды плутония и урана почти не могут перемещаться по тканям организма человека. Обыкновенная майка или бумажный лист - это непреодолимые препятствия для них.

Влияние на человеческий организм

Интенсивная ионизация способствует тому, что мощный энергетический поток, исходящий из источника, за короткий промежуток времени становится очень слабым. Из-за такой потери энергоресурса поражающая способность альфа-излучения становится крайне незначительной. Оно не в силах даже пройти сквозь омертвевшие кожные клетки, потому оно безопасно для организма при внешнем воздействии.

При использовании ускорителя его влияние уже может представлять опасность. Частички излучения мгновенно расщепляются на нуклиды, которые уже способны навредить здоровью. Оказавшись внутри организма через ЖКТ или дыхательные органы, доза способна вызвать лучевую болезнь.

Из этого можно сделать вывод, что это облучение может представлять опасность лишь при попадании в открытые раны. Оказавшись внутри организма, частички существенно ускоряют деление клеток, что способствует изменению информации в генах, мутациям и формированию злокачественных опухолей. А при наличии лучевой болезни гибель неизбежна.

Способы защиты

Результаты многочисленных исследований говорят о том, что внешнее воздействие этой разновидности излучения неопасно. Но, оказавшись в организме вместе с питательными продуктами, жидкостью или через поврежденный эпидермис, частицы могут стать причиной существенной интоксикацией. Мощная ионизация, наличие кислорода и водорода в составе лучей могут привести к опасным патологическим изменениям и сбоям.

Чтобы обезопасить себя, нужно просто отдалиться от источника излучения на 20−40 сантиметров. Как правило, этой меры предосторожности более чем достаточно.

Если говорить о внутреннем облучении, то здесь меры безопасности необходимо усилить. Человек, который находится в районе массового поражения, обязательно должен иметь при себе следующие защитные средства:

• обувь и одежда из плотных тканей: перчатки, нарукавники, комбинезоны с удобными капюшонами, специальные туфли;
• щиток и шлем, сделанные из оргстекла;
• противогаз;
• излучение способно проникнуть через открытые раны и поврежденный кожный покров, потому уязвимые поверхности нужно защитить специальными кремами, эмульсиями или пастами.

Помимо этого, для выведения продуктов распада излучения из организма следует потреблять рыбу, бобовые, капусту, цитрусовые и иные продукты, содержащие витамины С и В. Также быстрому выведению радиоактивных нуклидов способствует употребление в пищу топинамбура.

Примечательно, что незначительная проникающая способность альфа-частиц не дает возможности выявить радиацию с помощью обыкновенных дозиметров. Для этой цели применяют , который сообщает об опасности соответствующим пощелкиванием.

Польза изотопов излучения

Тщательное исследование химических и физических свойств этой разновидности облучения дало понять, что оно может быть не только вредно, но и достаточно полезно. Терапия с применением альфа-частичек позволяет эффективно бороться с большим количеством недугов в сочетании с основным лечением медикаментозными препаратами. Для организма могут быть полезны изотопы, получаемые из частичек: торон и радон. В медицине существует несколько разных процедур, при которых используются эти изотопы:

• питье радоновой воды;
• радоновые ванны;
• компрессы и ингаляции на основе радона.

Невзирая на агрессивное поведение радиоактивных нуклидов альфа-лучей, специалисты считают, что именно этот вид облучения более безопасно и эффективно используется в медицине. При этом сеансов для ликвидации клеток рака потребуется гораздо меньше, нежели при терапии с помощью бета-лучей, потому что альфа-излучение оказывает непосредственное воздействие на очаг проблемы. Альфа-лечение используется для борьбы со следующими патологиями:

• аритмия, болезни сосудов и сердца;
• гормональные нарушения;
• гинекологические проблемы;
• заболевания позвоночника и суставов.

Помимо этого, альфа-терапия показывает неплохую эффективность при приступах паники и неврозах, потому что характеризуется успокаивающим эффектом, притупляет болезненные ощущения и снимает усталость.