Радиоактивность и радиация - Естественная , грунтовая, космическая, техногенная , измерение, влияние и защита

Привет, Вы узнаете о том , что такое радиоактивность, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое радиоактивность, радиация, естественная радиация, грунтовая радиация, космическая радиация, техногенная радиация , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Безопасность жизнедеятельности.

радиоактивность – неустойчивость ядер некоторых атомов, проявляющаяся в их способности к самопроизвольным превращениям (распаду), сопровождающимся испусканием ионизирующего излучения или радиацией. Далее мы будем говорить лишь о той радиации, которая связана с радиоактивностью.

радиация , или ионизирующее излучение – это частицы и гамма-кванты, энергия которых достаточно велика, чтобы при воздействии на вещество создавать ионы разных знаков. Радиацию нельзя вызвать с помощью химических реакций.

естественная радиация [лат. radiatio сияние, блеск] — радиация, которой человек подвергается на Земной поверхности; включает γ-излучение радиоактивных материалов Земли, излучение радионуклидов в тканях организма, попадающих туда с пищей, и космическое излучение.

Космическое излучение(радиация) — электромагнитное или корпускулярное излучение, имеющее внеземной источник; подразделяют на первичное и вторичное. В узком смысле иногда отождествляют космическое излучение и космические лучи.

Доза облучения, которую мы получаем от источников ионизирующего излучения:

• Техногенные аварии, атомные станции, ядерные испытания – около 1 %.
• Продукты питания и напитки – 4 %.
• Естественная радиация, излучаемая присутствующими вокруг радионуклидами, – 5 %.
• Космическая (солнечная) радиация – 5 %.
• Медицинские обследования – 25 %.
• Вдыхание радиоактивного газа радона – 60 %.

Таким образом, самую большую дозу облучения мы получаем не в медицинских кабинетах и не в результате давно прошедших техногенных аварий, а в собственных домах и на рабочих местах.

Естественная радиация была всегда: до появления человека, и даже нашей планеты. Радиоактивно все, что нас окружает: почва, вода, растения и животные. В зависимости от региона планеты уровень естественной радиоактивности может колебаться от 5 до 20 микрорентген в час. По сложившемуся мнению, такой уровень радиации не опасен для человека и животных, хотя эта точка зрения неоднозначна, так как многие ученые утверждают, что радиация даже в малых дозах приводит к раку и мутациям. Правда, в связи с тем, что повлиять на естественный уровень радиации мы практически не можем, нужно стараться максимально оградить себя от факторов, приводящих к значительному превышению допустимых значений.

Откуда же берется естественная радиоактивность? Существует три основных источника:

1. Космическое излучение и солнечная радиация — это источники колоссальной мощности, которые в мгновение ока могут уничтожить и Землю, и все живое на ней. К счастью, от этого вида радиации у нас есть надежный защитник — атмосфера. Впрочем, интенсивная человеческая деятельность приводит к появлению озоновых дыр и истончению естественной оболочки, поэтому в любом случае следует избегать воздействия прямых солнечных лучей. Интенсивность влияния космического излучения зависит от высоты над уровнем моря и широты. Чем выше Вы над Землей, тем интенсивнее космическое излучение, с каждой 1000 метров сила воздействия удваивается, а на экваторе уровень излучения гораздо сильнее, чем на полюсах.

Вспышки на солнце — один из источников «естественного» радиационного фона.

Ученые отмечают, что именно с проявлением космической радиации связаны частые случаи бесплодия у стюардесс, которые основное рабочее время проводят на высоте более десяти тысяч метров. Впрочем, обычным гражданам, не увлекающимися частыми перелетами, волноваться о космическом излучении не стоит.

Уровень радиации в салоне самолета на высоте 10 000 метров превышает естественный в 10 раз.

2. Излучение земной коры. Помимо космического излучения радиоактивна и сама наша планета. В ее поверхности содержится много минералов, хранящих следы радиоактивного прошлого Земли: гранит, глинозем и т.п. Сами по себе они представляют опасность лишь вблизи месторождений, однако человеческая деятельность ведет к тому, что радиоактивные частицы попадают в наши дома в виде стройматериалов, в атмосферу после сжигания угля, на участок в виде фосфорных удобрений, а затем и к нам на стол в виде продуктов питания. Известно, что в кирпичном или панельном доме уровень радиации может быть в несколько раз выше, чем естественный фон данной местности. Таким образом, хоть здание и может в значительной мере уберечь нас от космического излучения, но естественный фон легко превышается от использования опасных материалов. Уберечься от таких «сюрпризов» можно, только используя дозиметры. По мнению специалистов www.dozimetr.biz, это единственный способ померить уровень радиации в бытовых условиях и не приобретать опасные с радиационной точки зрения материалы.

Соотношение естественных источников радиации.

3. Радон — это радиоактивный инертный газ без цвета, вкуса и запаха. Он в 7,5 раз тяжелее воздуха, и, как правило, именно он становится причиной радиоактивности строительных материалов. Радон имеет свойство скапливаться под землей в больших количествах, на поверхность же он выходит при добыче полезных ископаемых или через трещины в земной коре.

Источники попадания радона в дома и квартиры.

Радон активно поступает в наши дома с бытовым газом, водопроводной водой (особенно, если ее добывают из очень глубоких скважин), или же просто просачивается через микротрещины почвы, накапливаясь в подвалах и на нижних этажах. Снизить содержание радона, в отличие от других источников радиации, очень просто: достаточно регулярно проветривать помещение и концентрация опасного газа уменьшится в несколько раз.

Накопление радона в разных комнатах.

ВНУТРЕННЕЕ ОБЛУЧЕНИЕ РАДОНОМ

Этот фактор действует исподтишка, он неощутим, но от этого не менее опасен. Естественный радиоактивный газ радон в больших количествах образуется в толще земли вследствие распада природных радионуклидов. Один из двух его изотопов испускает радиоактивные частицы. Они попадают в организм при дыхании, облучая его изнутри. Больше всего радона скапливается в наших квартирах. Он поступает туда:

• во время работы газовой плиты;
• с водой из артезианских источников, поступающей в дом по системе водопровода;
• с воздухом из лифтов, которые засасывают радон из подвалов помещений подобно большим поршням;
• через строительные материалы с радиоактивными элементами.

Самое большое количество радона вдыхают владельцы загородных одноэтажных коттеджей и дачники. Газ накапливается в подвалах, откуда через щели перекрытий и зазоры поднимается выше – в жилые помещения дома. Если вы живете в коттедже и пользуетесь водой из артезианской скважины, проверьте датчиком радона, фон в вашей ванной, включив предварительно горячую воду. Нередко превышение концентрации радона фиксируется уже через 5 минут.

Проблема загрязнения помещений радоном осложняется тем, что большая часть территории России находится в зоне холодного климата. Люди стараются держать окна закрытыми, чтобы сберечь тепло, «запирая» при этом радиоактивный газ изнутри. Немногие знают, что снизить его концентрацию до безопасного уровня помогает обычное частое проветривание.

На карте ниже — дозы, получаемые от радона жителями различных регионов России (в мЗв/год).

Карта Радона в Европе (2011г) в красно-желтом растре


СТАТИСТИКА РАКОВЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ В ЕВРОПЕ

Коэффициент заболеваемости женщин раком легких, 2006г.

Искусственная радиоактивность

В отличие от естественных источников радиации, искусственная радиоактивность возникла и распространяется исключительно силами людей. К основным техногенным радиоактивным источникам относят ядерное оружие, промышленные отходы, АЭС, медицинское оборудование, предметы старины, вывезенные из «запретных» зон после аварии Чернобыльской АЭС, некоторые драгоценные камни.

Источники попадания радиации в организм человека.

Радиация может попадать в наш организм как угодно, часто виной этому становятся предметы, не вызывающие у нас никаких подозрений. Единственный способ обезопасить себя — купить дозиметр радиации. Этот миниатюрный прибор окажет Вам неоценимую услугу: Вы всегда сможете самостоятельно контролировать безопасность членов своей семьи, не доверяя «уловкам» продавцов стройматериалов, антиквариата или торговцам на рынке, ручающимся за безопасное происхождение и экологическую чистоту своего товара. Мы сами ответственны за свою жизнь и здоровье. Защитите себя от радиации!

Источники радиоактивного облучения среднестатистического россиянина за год.

Космическое излучение и естественное излучение

Данные точных измерений показывают, что и сам человек, и все окружающие его объекты живой и неживой природы радиоактивны. Познакомимся ближе с теми радиоактивными элементами, которые обусловливают радиоактивность окружающего нас мира. В настоящем разделе речь будет идти только о так называемой естественной радиоактивности, т. е. о тех радиоактивных веществах, которые уже давно существуют в природе. Их возникновение не связано ни с испытаниями ядерного и термоядерного оружия, ни с развитием атомной промышленности.

Естественнорадиоактивные вещества в небольших количествах содержатся во всех оболочках и в ядре Земли. Особое значение для человека имеют радиоактивные элементы биосферы, т. е. той части земной оболочки, где обитают животные, растения и человек. Радиоактивные элементы рассеяны во всей биосфере, хотя редко встречаются в сколько-нибудь значительных количествах. Возникновение их относится к периоду образования Земли. По-видимому, несколько миллиардов лет тому назад, накануне образования нашей планеты, вещество Земли находилось в таких условиях, которые благоприятствовали возникновению радиоактивных и нерадиоактивных элементов. В этот период времени возникает основная масса радиоактивных изотопов, как долгоживущих, сохранившихся до настоящего времени, так и короткоживущих, в настоящее время уже полностью распавшихся. 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.

Радон, период полураспада которого 3,8 дня, представляет собой радиоактивный газ, образующийся в результате распада радия. Ванны из воды, содержащей растворенный радон, применяются для лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы, суставов, периферической нервной системы, гинекологических и других заболеваний. Для таких ванн используют либо воду природных радиоактивных источников, либо обычную пресную воду, искусственно насыщенную радоном.

Торий, которого в природе значительно больше, чем урана, также нашел себе применение в ядерной энергетике. Из продуктов распада тория в медицине применяется радий-мезоторий (период полураспада 6,3 г). Применяется он для облучения вместо радия, так как стоимость его значительно ниже, чем радия. Мезоторий часто используется для изготовления светосоставов, наносимых на циферблаты часов и других приборов.

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 К³⁹, К⁴⁰ и К⁴¹, из которых радиоактивен только один - К⁴⁰. 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 К⁴⁰.

Третью группу естественнорадиоактивных веществ, входящих в состав биосферы, образуют радиоактивные изотопы, возникающие в атмосфере в результате действия космических лучей, о которых подробнее мы будем говорить ниже. К таким изотопам относятся радиоактивный углерод (С¹⁴), фосфор (Р³²) и некоторые другие. Количество этих изотопов в природе относительно невелико и обусловленная ими активность не имеет существенного значения.

Итак, мы уже знаем, какие радиоактивные элементы встречаются на Земле. Познакомимся теперь с круговоротом радиоактивных элементов в природе и с тем, как эти элементы распределяются в окружающей нас биосфере.

Основная масса радиоактивных элементов Земли содержится в горных породах, составляющих земную кору. Отсюда радиоактивные элементы переходят в грунт, затем в растения и, наконец, вместе с растениями попадают в организмы животных и человека. Этот круговорот радиоактивных элементов, непрерывно происходящий в природе, наглядно показан на рис. 1.

Большая роль в этом круговороте принадлежит подземным водам. Они вымывают радиоактивные элементы горных пород, переносят их из одних мест в другие и осуществляют обмен между живой и неживой природой. Другой процесс, приводящий к распространению радиоактивных веществ в биосфере, - выветривание горных пород. Мельчайшие частицы, образовавшиеся в результате разрушения горных пород под действием воды, льда, непрерывных колебаний температуры и других факторов, переносятся ветром на значительные расстояния.

Рис 1. Круговорот естественных радиоактивных изотопов в природе

Радиоактивные элементы распределены в толще Земли отнюдь не равномерно. Наибольшая концентрация их наблюдается в верхнем слое земной коры, толщина которого не превышает 15 км. С глубиной радиоактивность постепенно уменьшается, и в ядре Земли она приблизительно в 30 раз меньше, чем в магматических породах (гранитах, базальтах и др.).

Промежуточным этапом в процессе перехода радиоактивных элементов из неживой природы в живую являются грунты. Как правило, радиоактивность грунтов заметно выше, чем у материнских грунтообразующих пород. Объясняется это тем, что некоторые радиоактивные вещества, содержащиеся в атмосфере, поглощаются растениями (непосредственно и из осадков), а после смерти растения переходят в состав грунтов. Интересно, что в большинстве случаев более плодородным грунтам соответствует и более высокий уровень естественной радиоактивности.

В 1 кг грунта содержится 1,1 · 10^-9-1,9 · 10^-9 г радия, 1,10^-4-1,8 · 10^-3г урана и 1-30 г калия, гамма-излучение которых и обусловливает радиоактивное излучение земной поверхности (благодаря своей малой проникающей способности бета- и альфа-излучение практически не имеют значения).

Хорошо известно, какую огромную роль играет в жизни человека и в природе вода, которой покрыта большая часть нашей планеты. Поэтому, вполне естественно, нас интересует радиоактивность воды океанов, морей, озер, рек и других водоемов.

Радиоактивность воды морей и океанов обусловлена главным образом калием и составляет 3 - 5 · 10^-10кюри на 1 л. Воды рек и озер в большинстве случаев имеют значительно меньшую радиоактивность. Зато повышенной радиоактивностью, в сотни раз больше, чем вода морей и океанов, обладают воды некоторых радиоактивных источников (Цхалтубо, Белокуриха, Миргород, Мироновка и др.).

Питьевая вода в городских водопроводах подвергается очистке и фильтрации и потому содержит относительно небольшое количество радиоактивных веществ.

Воздух, которым мы дышим, также радиоактивен. Его радиоактивность обусловлена газообразными продуктами распада радиоактивных элементов земной коры (в первую очередь - радоном) и аэрозолями - мельчайшими частицами горных пород, образовавшимися в результате их выветривания. В зависимости от содержания радиоактивных элементов в почве может изменяться и радиоактивность находящегося над ней атмосферного воздуха.

В процессе своей жизнедеятельности растения усваивают, а некоторые растения и накапливают в себе радиоактивные вещества, содержащиеся в почве, воде и воздухе. Из всех радиоактивных веществ лучше всего усваивается растениями калий. В золе некоторых растений (бобовые, грибы, злаки, папоротники) содержание калия достигает 25 - 30%.

Количество радиоактивных веществ (радия, урана) в растениях может значительно изменяться в зависимости от содержания их в почве. Содержание урана и радия в золе растений обычно повышается там, где имеется большое количество этих элементов в почве.

Радиоактивность растений увеличивается от применения калийных удобрений, которые приводят одновременно к увеличению урожайности и улучшению качества различных сельскохозяйственных культур (повышение сахаристости сахарной свеклы, крахмалистости зерен озимой пшеницы и др.).

Радиоактивность животных организмов и растений в основном зависит от присутствия калия. У молодых животных радиоактивность тканей и органов больше, чем у старых.

Некоторые ткани животного организма обладают способностью накапливать в себе радиоактивные элементы. Так, например, радий концентрируется преимущественно в костной ткани. У некоторых животных и растений концентрация радиоактивных элементов может быть во много раз большей, чем в окружающей среде. Радиоактивный стронций (образующийся при ядерных взрывах) концентрируется в костях морского окуня в количестве, которое в 20 - 30 тысяч раз больше, чем в воде. В отдельных случаях, например, во время испытаний ядерного оружия в 1954 г., такую рыбу нельзя было употреблять в пищу.

В радиоактивности растений и животных - причина радиоактивности пищевых продуктов. Вместе с пищей радиоактивные вещества попадают в организм человека. В табл. 2 приведены приблизительные данные содержания калия в различных продуктах, потребляемых человеком.

Таблица 2. Количество калия, употребляемого человеком с пищей

Помимо калий, в организм человека попадают также радий и иные радиоактивные элементы. Так, в среднем активность радия, попадающего в организм человека, составляет 1 · 10^-12-1,5 · 10^-11кюри.

Интересно, что в процессе кулинарной обработки продуктов питания содержание радиоактивных элементов в них может существенно измениться. Так, масло, приготовленное из молока, содержащего радиоактивный стронций, практически не радиоактивно, так как весь стронций переходит в сыворотку. Если варить рыбу, содержащую радиоактивный стронций, в нейтральной или слабощелочной среде, то в бульон переходит около 10% стронция. Этот процент увеличивается до 40, если рыбу варить в кислой среде.

Вместе с пищей, водой и воздухом определенное количество радиоактивных элементов попадает в организм человека. Если бы все они оставались в организме, то радиоактивность человека была бы велика. Однако это не так - некоторая, притом довольно значительная их часть выделяется из организма вместе с мочой, калом, потом и др. Поэтому общая радиоактивность человека в значительной степени зависит от интенсивности обменных процессов.

Радиоактивные изотопы, поступившие в организм человека, взаимодействуя с веществами, входящими в состав тканей и плазмы, образуют ряд соединений, которые отлагаются в отдельных органах и тканях. Калий - основной элемент, определяющий радиоактивность человека, концентрируется преимущественно в нервной и мускульной ткани; уран, радий и стронций - в костной ткани и т. д.

Некоторые ученые заинтересовались тем, какие изменения в радиоактивности человека произошли за прошедшие тысячелетия и отличаются ли по радиоактивности современный человек и его предки. Для того чтобы получить ответ на эти вопросы, проделали следующий эксперимент. В музее взяли ребро египтянина, умершего 4 тыс. лет назад, и измерили его радиоактивность. Оказалось, что она близка к среднему значению радиоактивности костей человека нашего времени.

Радиоактивное излучение поверхности планет.

Радиоактивностью называют неустойчивость ядер некоторых атомов, которая проявляется в их способности к самопроизвольному превращению (по научному — распаду), что сопровождается выходом ионизирующего излучения (радиации). Энергия такого излучения достаточно велика, поэтому она способна воздействовать на вещество, создавая новые ионы разных знаков. Вызывать радиацию с помощью химических реакций нельзя, это полностью физический процесс.

Различают несколько видов источноков радиации:

• Альфа-частицы — это относительно тяжелые частицы, заряженные положительно, представляют собой ядра гелия.
• Бета-частицы — обычные электроны.
• Гамма-излучение — имеет ту же природу, что и видимый свет, однако гораздо большую проникающую способность.
• Нейтроны — это электрически нейтральные частицы, возникающие в основном рядом с работающим атомным реактором, доступ туда должен быть ограничен.
• Рентгеновские лучи — похожи на гамма-излучение, но имеют меньшую энергию. Кстати, Солнце — один из естественных источников таких лучей, но защиту от солнечной радиации обеспечивает атмосфера Земли.

Виды радиационного излучения.

Наиболее опасно для человека Альфа, Бета и Гамма излучение, которое может привести к серьезным заболеваниям, генетическим нарушения и даже смерти. Степень влияния радиации на здоровье человека зависит от вида излучения, времени и частоты. Таким образом, последствия радиации, которые могут привести к фатальным случаям, бывают как при однократном пребывании у сильнейшего источника излучения (естественного или искусственного), так и при хранении слаборадиоактивных предметов у себя дома (антиквариата, обработанных радиацией драгоценных камней, изделий из радиоактивного пластика). Заряженные частицы очень активны и сильно взаимодействуют с веществом, поэтому даже одной альфа-частицы может хватить, чтобы уничтожить живой организм или повредить огромное количество клеток. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . Впрочем, по этой же причине достаточным средством защиты от радиации данного типа является любой слой твердого или жидкого вещества, например, обычная одежда.

По мнению специалистов www.dozimetr.biz, ультрафиолетовое излучение или излучение лазеров нельзя считать радиоактивным. Чем же отличается радиация и радиоактивность?

Источники радиации — ядерно-технические установки (ускорители частиц, реакторы, рентгеновское оборудование) и радиоактивные вещества. Они могут существовать значительное время, никак не проявляя себя, и Вы можете даже не подозревать, что находитесь рядом с предметом сильнейшей радиоактивности.

Единицы измерения радиоактивности

Радиоактивность измеряется в Беккерелях (БК), что соответствует одному распаду в секунду. Содержание радиоактивности в веществе также часто оценивают на единицу веса — Бк/кг, или объема — Бк/куб.м. Иногда встречается такая единица как Кюри (Ки). Это огромная величина, равная 37 миллиардам Бк. При распаде вещества источник испускает ионизирующее излучение, мерой которого является экспозиционная доза. Ее измеряют в Рентгенах (Р). 1 Рентген величина достаточно большая, поэтому на практике используют миллионную (мкР) или тысячную (мР) долю Рентгена.

Бытовые дозиметры измеряют ионизацию за определенное время, то есть не саму экспозиционную дозу, а ее мощность. Единица измерения — микроРентген в час. Именно этот показатель наиболее важен для человека, так как позволяет оценить опасность того или иного источника радиации.

Естественной защитой от солнечной и космической радиации является атмосфера Земли.

В чем измеряют радиацию

«Радиация» сама по себе измеримой величиной не является, существуют различные единицы для измерения различных видов излучений, а также загрязнения. Отдельно используются понятия поглощенной, экспозиционной, эквивалентной и эффективной дозы, а также понятие мощности эквивалентной дозы и фона. Кроме того, для каждого радионуклида (радиоактивного изотопа элемента) измеряется активность и удельная активность радионуклида. Тут сам черт ногу сломит, но мы все же разберемся.

Излучение, испускаемое радиоактивным веществом, поглощается любым материалом, с которым оно сталкивается, будь то безжизненный материал или живые клетки. Каждый килограмм (кг) материала поглощает определенную энергию (джоуль или Дж). Эта единица — Дж/кг — используется для измерения поглощенной дозы. В радиационной защите она имеет название грэй (Гр) — в честь классика радиобиологии — англичанина Льюиса Грея.

Сама поглощенная доза не свидетельствует о каком-либо возможном биологическом действии. Один Гр альфа-излучения приблизительно в 20 раз серьезнее одного Гр гамма- излучения. Гамма-излучение создает относительно меньший биологический риск, чем альфа-излучение. Степень биологического риска, создаваемого различными видами излучения, может быть рассчитана путем умножения поглощенной дозы излучения (Гр) на взвешивающий коэффициент излучения. Самый низкий — 1 — для гамма-излучения и самый высокий — 20 — для альфа-излучения. Когда поглощенная доза умножается на соответствующий взвешивающий коэффициент излучения, то в результате этого получается величина, которая называется эквивалентной дозой, измеряемой в зивертах (Зв) — названа в честь шведского физика Рольфа Зиверта, одного из основоположников радиобиологии. «Получить один зиверт» означает, что на каждый килограмм биологической ткани пришлось по одному джоулю энергии. Поскольку 1 зиверт — это доза весьма страшная и встречается, к счастью, нечасто, обычно речь идет о миллизивертах (одна тысячная) или микрозивертах (одна миллионная). Все дозы, приведенные в Зв, сравнимы независимо от вида излучения.

Чтобы представить, что такое зиверт: средняя доза, получаемая человеком в результате природного фонового излучения 1-2 мЗв в год. Газ радон в жилищах в среднем создает дополнительные дозы приблизительно 1-3 мЗв в год, хотя в сильно загрязненных жилищах этот уровень может быть в десять или в сто раз выше. Рентгеновские исследования в большинстве случаев приводят к облучению дозой от 0,2 до 5 мЗв.

Бэр (биологический эквивалент рентгена) — Эта единица сейчас не используется, но ее часто можно встретить в старых отчетах. Это практически то же самое, что и зиверт, только в сто раз меньше (100 бэр = 1 Зв).

Рентген (Р) — С помощью этой единицы оценивают степень ионизации воздуха из-за воздействия радиации. Дозе в 1 рентген соответствует образование 2,0×109 пар ионов в 1 см3 воздуха при нормальном атмосферном давлении и температуре 0° по Цельсию. Если речь идет о биологическом воздействии, то с некоторой натяжкой можно переводить рентгены в зиверты из расчета 100 Р = 1 Зв.

Рад (англ. radiation absorbed dose) — Тоже устаревающая единица. Оценивает поглощенную дозу излучения. 1 рад = 0,01 гр.

Беккерель (Бк) — единица измерения активности данного количества вещества, при которой, в среднем, за одну секунду происходит один радиоактивный распад. Раньше для измерения радиоактивности использовалась внесистемная единица измерения – кюри. После радиоактивного выпадения концентрация активности молока может составлять 100 Бк на литр или мяса — 300 Бк на килограмм. Это означает, что в литре молока происходит 100 распадов ядра в секунду или в килограмме мяса — 300 распадов в секунду. При таких уровнях активности молоко и мясо может быть сочтено приемлемым для потребления. В некоторых странах верхний предел концентрации активности в пищевых продуктах для определенных радионуклидов составляет приблизительно 1 000 Бк на килограмм.

Банановый эквивалент — понятие, применяемое для характеристики активности радиоактивного источника путем сравнения с дозой радиации, содержащейся в обычном банане. Многие продукты от природы радиоактивны из-за содержащегося в них калия-40. В грамме природного калия происходит в среднем 32 распада калия-40 в секунду (32 беккереля, или 865 пикокюри). Банановый эквивалент определяется как количество радиации, вводимой в организм при съедании одного банана. Утечки радиации на ядерных электростанциях зачастую измеряются в крошечных единицах вроде пикокюри (одной триллионной части кюри). Сравнение этого количества радиоактивности с содержащейся в банане позволяет интуитивно оценить степень риска таких утечек. Средний банан содержит примерно 520 пикокюри. Эквивалентная доза полученная за год при съедании одного банана в день составляет 36 микрозивертов. Радиоактивность бананов неоднократно вызывала ложные срабатывания детекторов радиации, используемых для предотвращения незаконного ввоза радиоактивных материалов в США.

Во многих случаях, в том числе при фоновом излучении и работе АЭС, радиационная доза распространяется равномерно по всему телу. Но облучение может быть также направлено на ограниченную область тела (лучевая терапия) или отдельные органы (облучение кожи бета-излучением или радиоактивным йодом щитовидной железы). Поскольку некоторые органы более чувствительны к излучению, чем другие, чтобы показать эквивалентные риски облучения какого-либо конкретного места и дозы на все тело, используются тканевые взвешивающие коэффициенты. С тем чтобы подчеркнуть использование тканевого взвешивающего коэффициента, применяется термин «эффективная доза». Например, в отношении облучения щитовидной железы рекомендуется использовать тканевый взвешивающий коэффициент 0,05. Таким образом, если щитовидная железа получает поглощенную дозу гамма-облучения 1000 мГр, соответствующая эффективная доза (взвешивающий коэффициент излучения 1) составит 50 мЗв (0,05 х 1 х 1 000). Понятие эффективной дозы уравнивает ионизирующие излучения в плане их потенциальной способности нанести вред.

Мощность дозы говорит о дозе, получаемой в единицу времени, например за час. Если дозу 0,5 мЗв получают в течение часа, то мощность дозы составляет 0,5 мЗв/час. За два часа полученная доза составит 1 мЗв и за шесть часов - 3 мЗв. Если мощность дозы в помещении, в котором работает человек, составляет 0,1 мЗв в час, и предел дозы для этого человека составляет 20 мЗв, то работа должна быть завершена за 200 часов.

Таблица 3

Степень лучевой болезни	Экви- валент- ная доза, Зиверт	Первичная реакция	Скрытый период	Разгар болезни	Исход болезни
Легкая	1-2	Продолжитель- ность 1-3 дня. Слабость, головная боль, тошнота, рвота	Продолжитель- ность 3-5 недель. Состояние вполне удовлетво- рительное	Состояние удовлетво- рительное. Слабость, головная боль, тошнота	Выздоровление через 1-2 мес., полное восстановление состава крови — через 2-4 мес.
Средняя	1,5-3	То же; эмоциональное возбуждение, переходящее в депрессию	Продолжитель- ность 2-3 недели. Состояние удовлетво- рительное, но отмечается слабость, бессонница	Продолжитель- ность 2-3 недели. Общая слабость, бессонница, повышение температуры до 38 °С, кожные кровотечения, инфекционные осложнения	Выздоровление через 2-3 месяца, восстановление крови через 3-5мес. В результате осложнений может быть смертельный исход
Тяжелая	3-6	Продолжитель- ность2-4 суток. Через 10-60 минут многократная неукротимая рвота в течение 4-8часов, резкая слабость, жажда, расстройство желудка, повышение температуры 39 °С	Продолжитель- ность до 10 суток. Слабость, бессонница, головная боль	Продолжитель- ность 2-3 недели. Состояние тяжелое, озноб, температура до 40 °С, кровоизлияния и кровотечения, истощение, инфекционные септические осложнения	Выздоровление возможно при своевременном лечении через 5-10месяцев. При осложнениях смерть наступает через 10-35 суток
Крайне тяжелая	Свыше 6-7	Через 10-15 минут неукротимая рвота в течение 5-6 часов, затемнение сознания, понос, высокая температура	Отсутствует	Усиление первичных реакций, непроходимость кишечника, перитонит, нарушение водно-солевого обмена.	Смерть через 5-10 суток

Пределы дозы

Международная комиссия по радиологической защите обозначила рекомендуемые пределы доз для разных категорий населения. Они не являются обязательными, но во многих странах они приняты в качестве юридически обязательных регулирующих положений. Порог дозы — безопасные уровни дозы, которые не обладают поражающим действием на облученный организм любого возраста и на потомство облученных родителей. В нашей стране эта концепция была положена в основу Норм радиационной безопасности НРБ-99/2009.

Для работников. Согласно рекомендациям МКРЗ профессиональное облучение в любой отдельный год не должно превышать 50 мЗв, и ежегодная средняя доза на протяжении пяти лет не должна превышать 20 мЗв.

Для населения. Пределы дозы для населения ниже, чем для работников. Рекомендуется, чтобы население не облучалось дозами выше в среднем 1 мЗв в год на протяжении 5 лет и не более 5 мЗв в год.

Для пациентов не устанавливается никаких пределов. При многих рентгеновских исследованиях люди получают дозы, которые во много раз превышают пределы, указанные для населения и работников. Поскольку доза дается для того, чтобы выяснить, болен ли человек, или для того, чтобы вылечить больного, выгоды, которое дает лечение, рассматриваются как значительно превосходящие ущерб даже от высоких доз.

Земля и небо в гамма-лучах

Пояснение: Для орбитального гамма-телескопа Земля на самом деле является самым ярким источником гамма-излучения — самой высокоэнергичной формы света. Гамма-лучи, приходящие с Земли, рождаются, когда высокоэнергичные частицы космических лучей сталкиваются с атмосферой. И хотя такое взаимодействие препятствует попаданию вредной радиации на поверхность Земли, земное гамма-излучение доминирует на этом замечательном снимке Земли и неба, полученном с помощью телескопа LAT (Large Area Telescope — Телескоп Большой Площади), установленного на орбитальной гамма-обсерватории Ферми. Изображение было построено только по тем наблюдениям, когда Млечный Путь проходил вблизи зенита, то есть точно над спутником Ферми. На картинке зенит находится в центре. Земля и точки вблизи надира, находящиеся прямо под спутником, находятся у краев изображения, образуя проекцию Земли и всего неба с точки зрения Ферми. Гамма-излучение низкой интенсивности показано синим цветом, а более яркие участки изображены желтыми оттенками в логарифмической шкале. Край изображения заполнило желтое кольцо яркого гамма-излучения, которое показывает расположение лимба нашей скромной планеты. Относительно слабое гамма-излучение от источников в Млечном Пути нарисовало полосу, растянувшуюся по диагонали. Обсерватория Ферми была запущена в космос 11 июня 2008 года чтобы исследовать Вселенную в высоких энергиях, и на этой неделе она празднует 2000-ый день на низкой околоземной орбите.

Земля в рентгеновских лучах

Пояснение: Это фотография Земли в рентгеновских лучах, сделанная в марте 1996 года с борта спутника Polar. На большей частью темное -- за исключением красной области рентгеновского излучения вблизи Северного полюса -- изображение Земного шара наложена координатная сетка и очертания континентов. Почему Земля светится в рентгеновских лучах? На самом деле источником регистрируемого космическими аппаратами рентгеновского излучения является не сама Земля, а полярные сияния в верхней атмосфере. Ливни ионов высокой энергии, приходящие с Солнца, вызывают искажения в земной магнитосфере, из-за которых высокоэнергичные электроны, двигаясь вдоль силовых линий магнитного поля, получают возможность врываться в верхнюю атмосферу в области над магнитными полюсами. В результате возникают наблюдаемые на Земле полярные сияния, а также рентгеновское, ультрафиолетовое и радиоизлучение. Рентгеновское излучение не представляет опасности для жизни на Земле, поскольку оно поглощается в плотной нижней атмосфере.

Земля в “гамма-свете”

Землю фотографируют многие космические аппараты, которые работают на околоземной орбите или отправляются к другим объектам солнечной системы. Обычно Земля на этих снимках частично закрыта облаками. На представленных здесь снимках признаков облачности нет вовсе, так как сделаны они в гамма-диапазоне длин волн. Такие фотографии Земли сделал космический телескоп Compton, который работал на околоземной орбите в период с 1991 до 2000 года. Разные цвета на этих снимках отражают только разные участки гамма-спектра: красный цвет – это гамма-излучение с самой низкой энергией, зеленый соответствует среднему уровню, а синий – излучению с самой высокой энергией фотонов. Четвертый снимок (внизу справа) – это комбинация всех трех предыдущих фотографий.

Телескоп Compton предназначался для исследования гамма-вспышек, которые считаются самыми мощными взрывами во Вселенной. А гамма-излучение земной атмосферы образуется при столкновении с атомами атмосферных газов космических лучей и другого высокоэнергетичного излучения.

Радиация и здоровье человека

Воздействие радиации на организм человека называют облучением. Во время этого процесса энергия радиация передается клеткам, разрушая их. Облучение может вызывать всевозможные заболевания: инфекционные осложнения, нарушения обмена веществ, злокачественные опухоли и лейкоз, бесплодие, катаракту и многое другое. Особенно остро радиация воздействует на делящиеся клетки, поэтому она особенно опасна для детей.

Организм реагирует на саму радиацию, а не на ее источник. Радиоактивные вещества могут проникать в организм через кишечник (с пищей и водой), через легкие (при дыхании) и даже через кожу при медицинской диагностике радиоизотопами. В этом случае имеет место внутреннее облучение. Кроме того, значительное влияние радиации на организм человека оказывает внешнее облучение, т.е. источник радиации находится вне тела. Наиболее опасно, безусловно, внутреннее облучение.

Как вывести радиацию из организма? Этот вопрос, безусловно, волнует многих. К сожалению, особо эффективных и быстрых способов вывода радионуклидов из организма человека не существет. Некоторые продукты питания и витамины помогают очистить организм от небольших доз радиации. Но если облучение серьезное, то остается только надеяться на чудо. Поэтому лучше не рисковать. И если существует даже малейшая опасность подвергнуться радиации, необходимо со всей быстротой уносить ноги из опасного места и вызывать специалистов.

Источники внешнего облучения человека - радиоактивные вещества, содержащиеся в почве, окружающих нас горных породах, воздухе, строительных материалах, из которых построены наши жилища, и, наконец, лучи, приходящие к нам из глубин мирового пространства и носящие название космических лучей. Радиоактивные вещества, находящиеся вне организма (почва, горные породы, стройматериалы и др.), излучают все три вида радиоактивных излучений - альфа-; бета- и гамма-лучи. Из них только гамма-лучи принимаются в расчет при определении дозы, получаемой человеком. Малая проникающая способность бета- и особенно альфа-лучей является причиной того, что подавляющая часть их поглощается воздухом, органическими веществами, находящимися на поверхности земли, верхними слоями строительных материалов, одеждой человека и только незначительное количество их попадает на тело человека, да и оно поглощается поверхностным слоем кожи.

Многочисленные измерения, проведенные в различных местах земного шара, показывают, что за счет радиоактивных веществ, содержащихся в грунте и горных породах, человек получает в среднем дозу 1 - 2,4 мрад в неделю, или 50 - 130 мрад в год. Меньшие значения получены над уровнем моря, большие - над горными породами вулканического происхождения. Зимой эта величина меньше, чем летом, так как слой снега в 30 см уже снижает вдвое интенсивность гамма-излучения.

На земном шаре есть, однако, места, в которых природный уровень облучения значительно превосходит приведенные выше значения. Так, в Индии (штаты Керала и Мадрас) имеется узкая полоса земли шириной всего в несколько сотен метров, а длиной около 200 км. покрытая монацитными песками, содержащими значительное количество радиоактивного тория. Мощность дозы в пределах полосы составляет 130 - 2800 мрад/год. Такому облучению подвергается около 100 тыс. человек, живущих в пределах полосы. Аналогичные явления можно наблюдать в Бразилии (штаты Миранас, Жояс и Гояс), где годичная доза внешнего облучения доходит до 12 рад. Повышенный фон встречается и в других местах земного шара.

Большинство людей проводят значительную часть своей жизни в закрытых помещениях. Получают ли они при этом большую или меньшую дозу, чем те, кто находится на открытом месте? С одной стороны, стены домов должны защищать их от излучения грунта и горных пород, с другой - ряд строительных материалов (кирпич, бетон и др.) содержит в себе некоторое количество радиоактивных веществ. Чтобы ответить на этот вопрос, в 1954/55 г. в Швеции были проведены измерения природного фона облучения в 986 квартирах, расположенных в 677 домах, выбранных в 13 городах. Дома были построены до 1946 г., т. е. до начала массовых испытаний ядерного оружия. Данные измерений показали, что в деревянных домах мощность дозы несколько меньше, а в кирпичных и бетонных несколько больше, чем на открытом воздухе. Наибольшие значения фона получены в зданиях, построенных из гранита.

В атмосферном воздухе всегда содержится некоторое количество радиоактивных веществ - гамма-излучателей. Это радон, выделяющийся из радия, содержащегося в земной коре, продукты его распада, радиоактивные аэрозоли, образующиеся при выветривании горных пород, и радиоактивные изотопы, возникшие в воздухе под действием космических лучей. Доза, создаваемая всеми источниками, невелика и составляет в среднем около 0,013 мрад в неделю.

Наконец, к перечисленным источникам внешнего облучения человека необходимо добавить дозу, полученную за счет космических лучей. Для местности, расположенной в средних широтах (широта 50°), эта доза составляет около 50 мрад в год на уровне моря, значительно возрастая с высотой. На высоте 1 км над уровнем моря она возрастала до 90 мрад в год, а на высоте 5 км - до 800 мрад в год.

Кроме внешнего облучения организм человека подвергается еще внутреннему, источником которого являются радиоактивные изотопы, входящие в состав организма. Это - К⁴⁰, содержащийся преимущественно в нервной и мышечной ткани, радий, отлагающийся в костной ткани, газообразные продукты распада радона, накапливающиеся в дыхательных путях, и радиоактивные изотопы углерода - С¹⁴, рубидия - Rb⁸⁷ и полония - Ро²¹⁰.

Внутреннее облучение по сравнению с внешним отличается рядом особенностей:

1. Если при внешнем облучении учитывалось только гамма-излучение, то при внутреннем основное действие оказывают альфа- и бета-излучения, имеющие возможность действовать непосредственно на жизненно важные ткани и органы человека.

2. Большинство радиоактивных изотопов накапливается в определенных тканях, что приводит к неравномерному облучению отдельных частей организма.

3. Внутреннее облучение действует все время, пока радиоактивные вещества находятся внутри организма.

Данные радиобиологических исследований показывают, что не все органы и ткани человеческого организма обладают одинаковой чувствительностью к облучению. Наиболее чувствительны гонады - половые железы и органы кроветворения. Поэтому помимо общей дозы облучения, получаемой человеком, необходимо также знать дозу, получаемую гонадами.

В приведенной ниже таблице представлены последние данные Научного комитета ООН по действию атомной радиации - мощности доз внешнего и внутреннего облучения от естественных источников в районах, не обладающих повышенным фоном радиоактивности . В таблице отдельно показана доза, полученная за счет альфа-частиц и нейтронов, обладающих большей биологической эффективностью, чем гамма-лучи и бета-частицы.

Таблица 3. Годичные дозы, получаемые организмом человека в результате внешнего и внутреннего облучения от естественных источников

Приведенные данные для внешнего облучения могут изменяться в зависимости от географических условий. В этом отношении представляют интерес результаты измерения годовых доз фонового внешнего облучения для групп населения отдельных городов . Жители Баку, Владивостока, Еревана, Кишинева, Сочи, Якутска получают в год в среднем 60 - 80 мрад; Киева, Москвы, Новосибирска, Таллина, Тбилиси, Вильнюса - 80 - 100; Ашхабада, Иркутска, Львова, Минска, Риги - 100 - 120, Душанбе, Ленинграда, Ташкента - 120 - 140; Севастополя - 45 мрад.

Рис. 11. Схема путей циркуляции стронция - 90 из атмосферы в организм человека

Радиация в космическом пространстве

Лучи из мировых глубин

О существовании таинственных космических лучей стало известно сравнительно недавно. В начале нынешнего столетия с целью изучения особенностей радиоактивности горных пород Земли ученые стали исследовать интенсивность ионизации воздуха у земной поверхности. И выяснилось, что до определенной высоты ионизация воздуха падает с увеличением расстояния от Земли (что и следовало ожидать, если источник радиации - земная почва и горные породы). Но с определенного уровня интенсивность излучения, вызывающего ионизацию, начинает быстро расти и на больших высотах во много раз превышает уровень ионизации на поверхности Земли. Например, на высоте 9 км она выше, чем на уровне моря, в 10 раз.

Пришлось сделать вывод, что лучи, вызывающие ионизацию воздуха на больших высотах, имеют не земное, а космическое происхождение; они и получили название космических лучей. Так возникла еще одна интереснейшая научная проблема: что собой представляют космические лучи по физической природе? Как они возникли? Где находится источник (или источники) их образования? Каковы их роль в природе и действие на земную жизнь? До недавнего времени решение всех этих вопросов имело сугубо теоретическое значение, представляло интерес лишь для астрономов и специалистов в области ядерной физики и физики элементарных частиц. Но вот человечество вступило в эру освоения космического пространства. И космические лучи из сугубо научной проблемы стали проблемой непосредственной практики полетов за пределы земной атмосферы, одной из реальных опасностей, угрожающих смелым обитателям нашей планеты, ограничивающих возможности освоения космоса. Даже при полетах современных реактивных самолетов следует учитывать влияние космической радиации. На высоте 15 км за их счет доза облучения увеличивается. За 1 час полета это увеличение составит примерно 0,5% годовой дозы, получаемой за счет естественного фона. Однако время, проводимое на такой высоте пассажирами самолета, невелико, и увеличение фона не может иметь значения для их здоровья.

Задача исследования космических лучей была достаточно сложна. Ведь земную поверхность надежно защищает от космических "неприятностей" атмосфера, толстый покров которой поглощает губительные для жизни на Земле коротковолновые ультрафиолетовые, рентгеновские, гамма-лучи и космическое излучение. Пришлось ученым в погоне за космическими пришельцами подниматься на самолетах, воздушных шарах, карабкаться на высокие горы и поднимать за собой громоздкую и сложную научную аппаратуру.

Выяснилось, что космические лучи - это потоки материальных частиц, таких же, как и те, из которых построено вещество Земли и всей Солнечной системы. На 85% состоят они из протонов-положительно заряженных ядер водорода, самого легкого элемента. Основную массу остатка составляют альфа-частицы - ядра следующего за водородом элемента гелия, стоящего на втором месте в таблице Менделеева. На долю более тяжелых ядер приходится примерно 1,5 - 1,6% общего числа космических частиц. Среди них различают легкие ядра с атомным номером 3 - 5 (ядра лития, бериллия, бора), средние - с номером 6 - 9 (углерод, азот, кислород, фтор), тяжелые - с атомным номером 10 - 20 и сверхтяжелые - с номером свыше 20. На долю последних приходится всего около 0,1 % излучения.

Рис. 20. Схема образования вторичных космических частиц при попадании в атмосферу первичной частицы космического излучения

Двигаясь по бесконечным космическим просторам, эти частицы разгоняются, достигают скорости, близкой к скорости света, и несут с собой колоссальную энергию, превышающую 1020 эв. Чтобы представить себе более наглядно величину этой энергии, достаточно сказать, что она во много миллионов раз больше энергии, генерируемой в самых мощных ускорителях частиц, созданных руками человека. Врываясь в земную атмосферу, такая частица постепенно теряет свою энергию, растрачивая ее на многочисленные столкновения с молекулами воздуха. Осколки молекул, оказавшихся на пути космической частицы, приобретая часть ее энергии, сами становятся факторами ионизации, разрушая другие атомы и выбивая из них электроны и другие частицы. Первичная частица космического излучения, как правило, не достигает поверхности Земли. Но о ее появлении в пределах земной атмосферы свидетельствует лавина вторичных частиц, образовавшихся в результате ионизации атмосферных газов (рис. 20). По количеству и составу вторичных частиц, по площади лавины можно в какой-то степени судить и об энергии первичной частицы.

Существование "ливней" вторичных космических частиц было открыто советским ученым Д. В. Скобельцыным, исследования которого положили начало систематическому изучению физики космических лучей. Для изучения ливней вторичных частиц космических лучей создаются специальные системы. На площади в несколько десятков квадратных километров располагается большое количество счетчиков заряженных частиц, соединенных между собой так, что они срабатывают только при одновременном попадании в них множества частиц.

Поскольку в земных условиях ученые еще не научились получать столь высокие энергии частиц, они с успехом пользуются гигантским природным ускорителем, разгоняющим космические лучи, и для целей изучения строения вещества. Именно с помощью космических лучей удалось открыть существование таких элементарных частиц, как мю- и к-мезоны, некоторые виды гиперонов. "Характер" и "биографию" элементарных частиц ученые узнают по следам - трекам, оставляемым ими в фотопластинках, которые физики поднимают в верхние слои атмосферы с помощью шаров-зондов, стратостатов, ракет, самолетов, искусственных спутников Земли.

В среднем интенсивность космического излучения за пределами земной атмосферы составляет, по расчетам ученых, около 2 частиц на 1 см² в секунду. Эта величина почти не зависит от времени суток, времени года и практически постоянна. Поскольку Земля совершает движения вокруг своей оси, вокруг Солнца, которые не влияют на интенсивность космического излучения, приходится сделать вывод, что лучи эти приходят к Земле отовсюду из мирового пространства с примерно одинаковой интенсивностью; А если так, то вряд ли их основным источником может быть Солнце.

Загадка происхождения космических лучей продолжает волновать ученых и сегодня, хотя многое для ее решения уже сделано. Прежде всего была выяснена роль Солнца. Она оказалась очень небольшой. Солнце главным образом ответственно за наблюдающиеся время от времени повышения интенсивности излучения, связанные со вспышками на Солнце. О них речь идет в следующем разделе.

Но, быть может, и другие звезды нашей Галактики излучают потоки частиц, которые и создают в совокупности космические лучи? Ученые проверили и это предположение. Оказалось, что если бы все звезды Галактики излучали с такой же силой, как наше Солнце, суммарная интенсивность космических лучей была бы в сотни раз меньше наблюдаемой в действительности. Кроме того, Солнце и другие "спокойные" звезды излучают частицы с меньшей энергией и иным составом, чем частицы космического излучения.

Пришлось допустить, что в пределах нашей звездной системы существуют гораздо более мощные источники космического излучения. Успехи радиоастрономии и других новых методов исследования мирового пространства позволили обнаружить основных "виновников" образования космических лучей. Ими оказались так называемые "сверхновые" звезды.

Тысячелетиями светит из необозримых мировых глубин крохотная звездочка, разглядеть которую можно лишь в самые мощные телескопы. И вдруг происходит чудо: на ее месте в просторах Вселенной вспыхивает новая звезда, свет которой может на какое-то время сравниться с блеском Солнца. Мы можем лишь догадываться о масштабах гигантской космической катастрофы, породившей такую звезду (ее-то и называют "сверхновой"). Ведь яркость ее свечения внезапно возрастает во многие миллиарды раз. Только поэтому свет сверхновой звезды, отделенной от нас расстоянием в тысячи световых лет, приближается по интенсивности к свечению Солнца - нашего ближайшего звездного соседа.

Свыше 900 лет назад, в 1054 г., произошла вспышка сверхновой, которая была столь велика, что звезду легко можно было видеть днем, о чем и сообщают китайские и японские летописи. А в наши дни на месте вспыхнувшей когда-то сверхновой ученые увидели так называемую Крабовидную туманность, отделенную от нас расстоянием в 4500 световых лет. За 900 лет, прошедших с момента взрыва, приведшего к образованию сверхновой (точнее, с момента, когда жители Земли увидели ее вспышку), массы выброшенного взрывом звездного вещества образовали оболочку туманности, которая и сегодня удаляется от ядра взорвавшейся звезды со скоростью 1000 км/сек. Такие-то космические катастрофы и являются основным поставщиком космических лучей в пределах нашей Галактики, где вспышки сверхновых происходят, по подсчетам ученых, каждые 10 - 100 лет.

Однако существует еще один возможный источник космического излучения, расположенный за пределами нашей Галактики. В последние годы ученые, открыли возможность еще более грандиозных космических катастроф, чем взрывы сверхновых: это взрывы галактических ядер - центральных, особенно плотных областей невероятно далеких звездных систем. Возникающие при таких взрывах потоки особенно тяжелых частиц, несущих колоссальную энергию, способны преодолевать гравитационные и магнитные поля своих Галактик, выходить в межгалактическое пространство и после блужданий в пространствах Вселенной достигать Солнечной системы. Возможно, что наиболее тяжелые космические частицы, обладающие максимальной энергией, имеют внегалактическое происхождение.

Солнечный ветер, солнечные пятна, солнечные вспышки

Солнце - ближайшая к нам звезда. Наша Земля, как известно, не более чем пылинка, порхающая вокруг светильника. Поэтому все происходящее на Солнце имеет к нам, землянам, самое непосредственное отношение. И прежде всего нас касается все, что связано с солнечным светом. Ведь он - важнейшее условие возникновения, развития и постоянного существования жизни на Земле, источник энергии синтеза всех органических веществ (фотосинтеза), превращающейся затем и в энергию мышечного движения, и в биение человеческой мысли, в улыбку девушки, и в открытие ученого. Всего одна двухмиллиардная часть солнечного излучения достигает Земли. Значительный процент этих лучей к тому же рассеивается, излучаясь обратно в мировое пространство, поглощается атмосферой. И все же оставшегося количества солнечного тепла достаточно, чтобы согреть Землю, превратить ее в уютную колыбель человечества.

Какое же гигантское количество энергии выбрасывает ежесекундно в безмолвные пространства космоса Солнце? По подсчетам ученых, оно составляет 3,7 · 10²⁶ джоулей в секунду; этой энергии достаточно, чтобы растопить и довести до кипения слой льда вокруг Земли толщиной более 1000 км. Ни один из известных науке источников энергии, кроме процесса термоядерного синтеза тяжелых ядер из более легких, не в состоянии обеспечить постоянную выработку столь значительных количеств энергии.

Солнце, как, впрочем, и другие звезды, и представляет собой гигантский термоядерный реактор, в недрах которого ядра водорода, сливаясь, образуют ядра гелия, а последние в свою очередь - ядра углерода. Запасов топлива у нашего светила, по расчетам астрономов, вполне достаточно, чтобы обеспечить стабильное свечение еще не менее чем 5 - 6 млрд. лет. Ежесекундно в топке солнечного реактора сгорает 5 млн. т вещества. Чтобы Солнце уменьшилось вдвое, при этих темпах понадобилось бы 6 тыс. млрд. лет.

Если температура поверхности Солнца близка к 6 тыс. градусов, то в глубинах его она достигает 20 - 100 млн. градусов. Лучистая энергия, постоянно образующаяся в недрах Солнца, не может непосредственно пробиться наружу. Постоянно поглощаясь и вновь излучаясь веществом Солнца, сжатым гигантским гравитационным давлением, эта энергия достигает, наконец, такого сравнительно разреженного слоя солнечной материи, который уже не поглощает полностью идущий из глубин лучистый поток, хотя сам еще светится достаточно ярко. Этот-то слой, называемый фотосферой, и образует блестящую поверхность Солнца, четкие контуры солнечного диска.

Солнце излучает не только видимый глазом свет, но и более высокоэнергичные кванты ультрафиолетовых, рентгеновских и гамма-лучей, обладающие гораздо более сильным фотохимическим и биологическим действием. Эти лучи поглощаются атмосферой, а при космических полетах оболочка корабля также надежно от них защищает.

Иначе обстоит дело с корпускулярным излучением Солнца, с потоками частиц солнечного вещества. Наблюдения солнечной поверхности, ведущиеся постоянно, обнаруживают неспокойный, буйный характер нашего звездного соседа. Его видимая поверхность - фотосфера - находится в непрерывном движении, постоянно бурлит. В разных участках солнечного диска над ним возвышаются более или менее яркие волокна (флокгулы), язычки (спикулы) и еще более крупные выступы - протуберанцы, выступающие на многие тысячи километров над фотосферой, достигающие следующих слоев - хромосферы и солнечной короны. Все это местные извержения солнечного вещества, источники выброса его в окружающее пространство. Часть выброшенного вещества падает затем обратно на Солнце под влиянием притяжения. Потоки же вещества, достигшие скорости, превышающей 619 км/сек (вторая космическая скорость у поверхности Солнца), двигаются по радиусам во все стороны от Солнца, последовательно пересекая орбиты планет Солнечной системы.

Поскольку такие выбросы в больших или меньших размерах происходят на Солнце постоянно, создается постоянный поток вещества, главным образом протонов, от Солнца к Земле и далее в мировое пространство. Этот поток, названный "солнечным ветром", несет со скоростями 300 - 4000 км/сек к Земле около 10¹⁴ - 10¹⁵ г/сек протонов. Благодаря солнечному ветру концентрация вещества в межпланетном пространстве в сотни раз выше, чем за пределами Солнечной системы. Часть протонов солнечного ветра захватывается гравитационным полем Земли и входит в состав так называемых гравитационных поясов. Но о них - в следующем разделе.

Таким образом, верхние слои земной атмосферы подвергаются постоянной бомбардировке. Порывы солнечного ветра пополняют атмосферу легколетучим водородом, вызывают ее ионизацию. Земной поверхности протоны солнечного ветра не достигают; их энергия слишком мала для этого.

Однако время от времени солнечную поверхность потрясают бури, куда более грандиозные, чем самые большие из выбросов протуберанцев.

Возникновение таких катастроф странным образом связано с другими необычными явлениями, наблюдающимися на поверхности Солнца, - с пятнами. На ярком солнечном диске они кажутся темными, потому что их температура на 1100 - 1200° С ниже температуры фотосферы. Дно пятна лежит ниже поверхности фотосферы на 1000 - 1400 км. В области пятна более холоднее вещество поднимается из глубин и растекается по поверхности, медленно вращаясь. Направление этого вихревого движения в северном полушарии Солнца - по часовой стрелке, в южном - против.

Самое интересное свойство солнечных пятен состоит в том, что они представляют собой как бы полюса гигантских магнитов, расположенных по радиусам Солнца и скрытых в его глубинах. Напряженность их колоссальных магнитных полей (2 - 5 тыс. гаусс) в тысячи раз выше напряженности общего магнитного поля Солнца. И пятна, и сопутствующие им мощные магнитные поля - проявления гигантских термоядерных процессов, происходящих в недрах нашего светила.

Появление пятен на Солнце подчиняется строгой закономерности. Периоды максимума пятен повторяются каждые 11 лет. В эти периоды наблюдаются и особенно крупные пятна - до 100-230 тыс. км в поперечнике. Пятна диаметром более 40 тыс. км уже видны невооруженным глазом. Между максимумами солнечной активности пятен мало или нет совсем. Максимумы характеризуются не только большим количеством особенно крупных пятен; время от времени в тех местах солнечной поверхности, где конфигурация пятен особенно причудлива, а перепады магнитных полей особенно велики, происходят вспышки. Это - гигантские взрывы, продолжающиеся 15-30 секунд или несколько более. Яркость вспышки в максимуме может превышать яркость фотосферы в несколько раз; солнечный диск на ее фоне кажется темным. Температура солнечной материи в месте вспышки достигает 10 - 15 тыс. градусов и излучает она в несколько раз больше световой энергии, чем равный по площади участок фотосферы. Наиболее коротковолновое гамма-, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение возрастает особенно сильно.

Наиболее серьезный результат солнечной, или хромосферной, вспышки - выброс в мировое пространство со скоростью 1 - 4 и более тыс. км в сек. масс солнечного вещества, быстро летящих частиц, главным образом протонов с энергией 100 млн. электрон-вольт и более, до 10 млрд. эв, а также электронов.

Рис. 21. Динамика солнечной активности (сплошная линия) и кривая заболеваемости дифтерией (штриховая линия). Вертикальная линия - момент начала профилактических прививок против дифтерии

Магнитные возмущения и бури, яркие полярные сияния, нарушения радиосвязи, радиошумы и помехи - вот наиболее частые спутники хромосферных протонных ливней, достигающих атмосферы Земли. Отличие этих потоков от обычного солнечного ветра не только количественное: протоны солнечных вспышек несут несравненно большую энергию, обладают большей проникающей способностью и вызывают при взаимодействии с веществом более значительные разрушения. Наиболее мощные и высокоэнергичные хромосферные потоки способны вызвать в атмосфере серьезные, хотя и непродолжительные, сдвиги, отражающиеся и на земной поверхности, и на биосфере (рис. 21).

Радиационные пояса Земли

Если хромосферные вспышки как-то связаны с изменениями, аномалиями солнечных магнитных полей, то магнитное поле Земли - виновник возникновения и существования околоземных радиационных поясов. Протоны и электроны солнечного ветра и хромосферных вспышек, движущиеся сквозь земную орбиту прочь за пределы Солнечной системы, частично захватываются магнитным полем Земли и начинают двигаться внутри "ловушки", вдоль магнитных силовых линий по винтовой, спиральной траектории. Другим источником заряженных частиц являются нейтроны (довольно быстро распадающиеся на протон и электрон), выбитые из атомов воздуха космическим излучением.

Двигаясь вдоль силовых линий земного магнитного поля и попадая в приполюсных районах в области с повышенным магнитным полем - так называемые "магнитные зеркала", - заряженные частицы отражаются от них и начинают двигаться в обратную сторону. Земля, таким образом, представляет собой гигантскую "магнитную ловушку", способную накапливать заряженные частицы.

Рис. 22. Схема радиационных поясов Земли. а - внутренний пояс, б, в - внешние пояса

Существование радиационных поясов Земли стало известно лишь после полетов советских и американских искусственных спутников Земли со специальной аппаратурой. Так называемый внутренний радиационный пояс расположен на высотах от 400 до 7 - 10 тыс. м над земной поверхностью (над областью магнитного экватора). По направлению к полюсам толщина внутреннего пояса и его высота над земной поверхностью постепенно уменьшаются. Над районами с повышенным магнетизмом, так называемыми магнитными аномалиями, пояс опускается ниже, до высот 320 - 350 км. Максимальная интенсивность радиации наблюдается на высотах 3,4 - 3,5 тыс. км. Основную массу частиц внутреннего радиационного пояса составляют протоны с энергиями главным образом 10 - 100 Мэв - миллионов электрон-вольт; максимум - 600 Мэв. Частицы с большей энергией земным магнитным полем не захватываются и не удерживаются. Средняя концентрация протонов во внутреннем радиационном поясе (на высоте 3,5 тыс. км) равна примерно 20 тыс. протонов, проходящих через 1 см² в 1 сек. Кроме протонов, в состав внутреннего пояса входят электроны с энергиями 20 - 100 тыс. эв. (кэв) и в количестве примерно 10 млн. в 1 сек. (через 1 см²).

На более значительных расстояниях от земной поверхности (12 - 50 тыс. км) расположен еще один, внешний радиационный пояс, называемый еще электронным, поскольку содержит он преимущественно эти частицы с энергией 400 - 500 кэв (рис. 22). По направлению к полюсам высота этого пояса уменьшается особенно резко; кроме того, границы пояса подвижны и зависят от солнечных и иных магнитных возмущений.

Наконец, еще дальше от поверхности Земли, на высотах 50 - 75 тыс. км существует третий - самый внешний радиационный пояс, также состоящий из электронов, однако энергия их еще ниже и составляет в среднем всего 200 эв.

Незримый многослойный покров радиационных поясов в высоких широтах, прилегающих к магнитным полюсам, образует отверстия - это области входа и выхода магнитных силовых линий Земли. При выборе трасс будущих космических полетов ученые вынуждены учитывать существование радиационных поясов Земли и их толщину.

Космические лучи и жизнь на Земле

Космические лучи, в том числе и корпускулярные потоки солнечных вспышек, даже не достигая непосредственно земной поверхности, вызывают косвенно, за счет появления ливней вторичных частиц, увеличение числа ионизаций в приземном слое, в том числе и в биосфере. Поэтому мы можем утверждать, что излучения из космоса - составная часть естественного радиоактивного фона Земли, в условиях которого возникла и сформировалась земная жизнь, что космические лучи, как и другие компоненты радиоактивного фона, были и являются поныне мутагенными факторами, одной из причин изменчивости органических форм и в конечном счете - двигателями эволюции живого на Земле.

Если в среднем для Земли радиоактивность воздуха в приземном слое составляет 0,1 - 0,12 р в год, то на долю космических лучей из этого количества приходится около 0,03 - 0,04 р в год. Существенных колебаний интенсивности этого излучения за исторически сравнительно короткие промежутки времени не происходит. Лишь хромосферные вспышки на Солнце вносят небольшие вариации в величину потока космических лучей, достигающего Земли.

Но жизнь на Земле, по подсчетам ученых, существует 3 - 4 млрд. лет. За такой срок интенсивность космического излучения могла меняться более существенно, а это оказало бы серьезное влияние на развивающуюся земную жизнь. Исследовав эту возможность, советский астроном И. С. Шкловский показал, что за время жизни на Земле интенсивность жесткого космического излучения могла возрастать в десятки раз при вспышках сверхновых. В пределах Галактики такие вспышки происходят в среднем раз за 10 - 100 лет. Влияние на земную жизнь может оказать лишь вспышка сверхновой, происшедшая в относительной близости от Земли, на расстоянии порядка 10 - 20 световых лет. По подсчетам И. С. Шкловского, такие вспышки могут возникать примерно раз в 750 млн. лет. Это значит, что на протяжении достаточно долгой биографии Земли, а также жизни на ней, появление соседки - сверхновой - могло произойти по крайней мере один-два раза.

Что произошло бы в этом случае? Образовавшаяся вокруг сверхновой туманность, расширяющаяся со скоростью нескольких тыс. км в секунду и уносящая с собой массы звездного вещества и в том числе мощные потоки частиц высокой энергии, через 10 тыс. лет достигла бы Солнечной системы. В последующие несколько десятков тысячелетий Земля вместе со всей Солнечной системой оставалась бы погруженной в эту туманность, где плотность первичных космических лучей в десятки, а местами и в сотни раз выше обычной.

Такое длительное и значительное увеличение радиационного фона не могло бы не оказать серьезного влияния на земную жизнь. Особенно сильное потрясение должны были пережить долгоживущие органические формы. Если для удвоения частоты мутаций у микроорганизмов, водорослей, простейших многоклеточных требуется увеличение радиоактивного фона в сотни и тысячи раз, то для человека и других высокоразвитых и длительно живущих организмов доза радиации, удваивающая частоту мутаций, составляет что-то около 1 р в год. Иными словами, вспышка сверхновой в космических окрестностях Земли могла бы привести к гибели наиболее долгоживущих органических форм и к общему ускорению мутационного процесса.

И. С. Шкловский полагает, что повсеместная на Земле гибель гигантских пресмыкающихся в конце мелового периода могла быть вызвана вспышкой сверхновой. Серьезным подтверждением этой гипотезы было бы доказательство одновременной в течение десятка тысячелетий гибели динозавров на всей Земле. К сожалению, современные методы оценки возраста ископаемых остатков пока недостаточно точны для этих вычислений.

Что касается более ранних этапов развития жизни на Земле, то значительное возрастание радиоактивного фона могло бы сыграть роль толчка, дополнительного двигателя эволюции или даже фактора, стимулировавшего само возникновение жизни на Земле.

Космические лучи и жизнь на других планетах

Человечество пока не располагает точными фактами и доказательствами существования жизни вне Земли. Разнообразные гипотезы, существующие ныне, опираются на более или менее достоверные аналогии, предположения и относительно небольшое количество фактов. Одна из существующих ныне гипотез была впервые сформулирована еще в 1907 г. шведским химиком Сванте Аррениусом. Он предположил, что жизнь на Земле не возникла из неживого, а была занесена из других миров в виде спор микроорганизмов. Ведь известно, что такие споры могут без вреда переносить космический холод и вакуум мирового пространства, а световое давление, открытое и доказанное нашим соотечественником профессором П. Н. Лебедевым, могло бы явиться тем "двигателем", который облегчил бы ничтожным частичкам живого осуществление грандиозных космических путешествий.

Теория С. Аррениуса никем не была опровергнута. Но возражения главным образом философского характера сделали ее малопопулярной. Между тем гипотеза Аррениуса ни в коей мере не противоречит положениям материалистической философии, ибо не отвергает материальной природы жизни.

В последние годы гипотеза Аррениуса была подкреплена новыми данными. По расчетам американского астронома Сагана, световое давление может "помочь" частицам (в том числе и живым) покинуть планету и даже целую планетную систему, если размеры этих частиц будут в пределах 0,2 - 0,6 мк. Такие малые размеры имеют вирусы и споры. Следовательно, споры в принципе могут покидать пределы родной планеты и под влиянием светового давления путешествовать в межпланетном и даже межзвездном пространстве.

Но на пути путешествующих "молекул живого" наряду с холодом и вакуумом встает еще одно, весьма существенное препятствие - космическая радиация , как корпускулярная, так и квантовая (ультрафиолетовые и рентгеновские лучи). Насколько серьезно это препятствие? Если ультрафиолетовые и мягкие рентгеновские лучи, в силу своей малой проникающей способности, могут полностью поглощаться оболочкой спор и не причинять им существенного вреда, то проникающая корпускулярная радиация безусловно достигает живой протоплазмы и действует на нее. Очевидно, по достижении определенной суммарной дозы радиации споры-путешественницы погибают. Таким образом, космическое излучение ограничивает во времени, а значит, и в пространстве, возможности "опыления" безжизненных планет живой космической пылью.

По расчетам Сагана, выброшенные за пределы земной атмосферы споры уже через несколько недель могут достигнуть орбиты Марса, а через несколько лет - орбиты Нептуна. Для достижения соседних звездных систем может понадобиться несколько десятков тысяч лет. Трудно сказать, как далеко могут долететь споры земных микроорганизмов, гонимые солнечным ветром. Во всяком случае устойчивость некоторых из них к действию радиации столь велика, что путешествие внутри Солнечной системы, по-видимому, осуществимо.

Окончательно принять или отвергнуть гипотезу Аррениуса можно будет только тогда, когда люди получат прямые данные о наличии и особенностях жизни на Луне, Марсе и других планетах. И не исключено, что там мы встретимся со старыми, хотя немного и изменившимися, земными знакомыми.

Рэндел Манро еще в 2011 году составил великолепную таблицу доз радиации, которая наглядно показывает, какие дозы излучения человек получает из различных источников. Таблица переведена на русский язык. Самое главное, что она дает понимание перспективы, то есть позволяет на одной картинке сравнить поглощенное излучение от того же пресловутого съеденного банана (0,05 мкЗв) со смертельной дозой (8 Зв).

Поглощенное излучение измеряется в Зивертах (Зв). Большая доза, полученная за короткое время, обычно наносит больший ущерб, но и «накопленная» радиация тоже имеет значение, потому что производит постоянное разрушительное воздействие на клетки тела. Накопленная доза играет роль в таких вопросах, как риск заболеть раком.

Свою таблицу Рэндел Манро начинает с самых простых и естественных источников облучения: человек в постели рядом с вами, съеденный банан и др. Особо отмечается, что мобильный телефон не входит в список повседневных источников малых доз радиации, потому что не создает ионизирующее излучение и не вызывает рак.



Суммарная доза по всем пунктам голубой таблицы — 60 мкЗв. Это меньше, чем поглощенное излучение от 1 года жизни в каменном, кирпичном или бетонном здании (теперь понятно, почему люди покупают экологичные и высокопрочные дома из 24-слойного картона).



Но даже все пункты зеленой таблицы — это лишь крохотная часть того поглощенного излучения, способного причинить мало-мальский ущерб человеческому здоровью, см. таблицу целиком.

Карта радионуклидного загрязнения Украины

Вау!! 😲 Ты еще не читал? Это зря!

• поражающие факторы ядерного взрыва , ядерный взрыв , неприемлемый ущерб , формула макнамара ,
• внешних факторов на надежность , деградация полупроводников , оловянная чума , оловянные усы ,
• Биологическое действие излучения
• РадиобиологияРадиобиологические эффекты
• Малые дозы излучения
• Доза излучения
• Поглощенная доза
• Эквивалентная доза
• Эффективная доза
• Экспозиционная доза
• Единицы измерения радиации
• Грей
• Зивертв
• Рад
• Бэр
• Рентген

Данная статья про радиоактивность подтверждают значимость применения современных методик для изучения данных проблем. Надеюсь, что теперь ты понял что такое радиоактивность, радиация, естественная радиация, грунтовая радиация, космическая радиация, техногенная радиация и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Безопасность жизнедеятельности

Ответы на вопросы для самопроверки пишите в комментариях, мы проверим, или же задавайте свой вопрос по данной теме.