ОСНОВНЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О РАДИОАКТИВНОСТИ И ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЯХ

Человечество впервые узнало о существовании ионизирующего излучения и радиоактивности немногим более 100 лет назад.

В 1895г. немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл неизвестные ранее Х-лучи, которые впоследствии в его честь были названы рентгеновскими. В 1896 г. французский физик Антуан Анри Беккерель, работая с солями урана, первым в истории чело­вечества установил факт его естественной радиоактивности. Уже через год английский физик Эрнест Резерфюрд доказал, что излу­чение урана состоит из а- и (3-частиц.

Следующим большим шагом вперед были исследования физи­ков Пьера Кюри и Марии Склодовской-Кюри. В 1898 г. они полу­чили около 1 г нового химического элемента, радиоактивность ко­торого оказалась в миллион раз выше, чем урана. Новый элемент получил название «радий» (от лат. radium —лучистый). За после­дующие 20 лет различные ученые обнаружили большинство хими­ческих элементов, обладающих естественной радиоактивностью.

Изучать биологическое действие невидимых радиоактивных излучений стали много позже. Первыми это испытали на себе ис­следователи, работавшие с радиоактивными веществами, не зная об их разрушительном биологическом действии.

Беккерель не только первым установил факт естественной ра­диоактивности, но и первым ощутил повреждающее действие ра­диации. В течение 6 ч он носил в кармане жилета стеклянную про­бирку с солями радия, подготовленную для демонстрации его свойств на конференции, а спустя 2 недели у него на коже под карманом образовалась длительно незаживающая язва. Это было первым столкновением человека с действием ионизирующего из­лучения.

Уже через год после открытия В. К. Рентгена, в 1896 г., русский ученый И. Р. Тарханов писал: «Х-лучами можно не только фото­графировать, но и влиять на ход жизненных функций».

На основе таких открытий возникла новая наука — радиобио­логия. Одним из основоположников радиобиологии по праву счи­тается русский ученый Е. С.Лондон, который уже в 1903 г. описал смертельное действие лучей радия на организм некоторых живот­ных, а впоследствии продемонстрировал высокую чувствитель­ность кроветворных органов и половых желез к этому излучению. В 1904 г. Г. Петерсом обнаружено повреждение хромосом при облучении делящихся клеток радием, а в 1908 г. А. Бенжамином и А. Слюком установлено угнетение под воздействием ионизирую­щих излучений иммунной системы организма и снижение имму­нитета.

Познание человеком радиоактивных свойств материи связано с большим риском для жизни. За первые 40 лет развития рентгено­логии погибло более 200 врачей и рентгенотехников от так назы­ваемого рентгеновского рака, вызванного рентгеновским облуче­нием. В 1936г. в Гамбурге был воздвигнут монумент, на котором высечены имена 110 ученых и инженеров, ставших жертвами пер­вых экспериментов по изучению рентгеновских лучей. В 1959 г. в Германии была издана «Книга почета», в которую занесены фа­милии 360 врачей, физиков, лаборантов и медицинских сестер разных стран, в том числе 13 наших соотечественников, умерших от отдаленных последствий профессионального облучения.

Трагедии Хиросимы, Нагасаки, Кыштыма, Чернобыля унесли сотни тысяч жизней и продолжают вызывать у облученных людей лейкозы и злокачественные опухоли.

Свойство атомов химических веществ самопроизвольно пре­вращаться в атомы других веществ, испуская при этом элементар­ные частицы и электромагнитные волны, получило название ра­диоактивности. Образующиеся разновидности атомов с иным массовым числом и другим атомным номером называют нуклида­ми. Различают естественную радиоактивность, присущую радио­нуклидам, встречающимся в природе, например радиоактивность и

урана, тория и других элементов, и искусственную, свойственную радионуклидам, полученным искусственно в результате ядерных реакций. Вещества, имеющие в своем составе радиоактивные нук­лиды, называют радиоактивными.

В зависимости от характера взаимодействия с веществом все ионизирующие излучения делятся на две группы.

• Излучения, состоящие из заряженных а- и р-частиц, пучков электронов, протонов, тяжелых ионов и отрицательных пи-мезо­нов. Эти излучения вызывают ионизацию вещества непосред­ственно при столкновениях с атомами и молекулами, поэтому их называют иногда непосредственно ионизирующими излучениями. а-Излучение — это поток положительно заряженных атомов гелия. Они движутся сравнительно медленно, не проникают в глубь организма, будучи остановленными, вызывают сильную локаль­ную ионизацию, ^-излучение — это поток быстро движущихся электронов. Свою энергию они отдают на протяжении более длинного следа.

• Излучения, не имеющие электрических зарядов, — нейтрон­ное, рентгеновское и у-излучение. Они передают свою энергию в веществе сначала электронам и положительно заряженным ядрам атома, сталкиваясь с ними, а затем уже электроны и ядра атомов производят ионизацию атомов и молекул. Поэтому излучения этой группы называют косвенно ионизирующими излучениями. ^-Из­лучение представляет собой электромагнитные волны с очень ма­лой длиной волны (10"8см), высокой частотой (10l8c~') и очень большой энергией и проникающей способностью. Его лучи не имеют электрического заряда, легко проникают в вещество, вызы­вая разрушение ДНК, генные мутации, хромосомные перестрой­ки. Излучения второй группы представляют наибольшую опас­ность для живых организмов.

Большинство радиоактивных веществ излучает только один род частиц — либо а-частицы (235U, 239Pu, 241Am и др.), либо 0-ча-стицы (131I, ^Sr, 14C, 3Н и др.). Испускание частиц часто сопро­вождается у-излучением, в частности, В- + у-излучения свойствен­ны для распада ядер ^К, 137Cs, 140Ba, '"5Ru и др.

Радиоактивные вещества обладают радиоактивностью только до тех пор, пока в них происходят ядерные превращения. По исте­чении определенного времени они становятся нерадиоактивны­ми, превращаясь в стабильные изотопы.

Для оценки продолжительности жизни радионуклида введено понятие период полураспада — время, в течение которого радио­активность вещества (или число радиоактивных ядер) в среднем уменьшается вдвое. Период полураспада различных радионук­лидов колеблется в широких пределах — от долей секунды до многих миллионов лет. Периоды полураспада некоторых радио­нуклидов, внесших значительный вклад в облучение населения и загрязнение территории после чернобыльской катастрофы, следующие: йод-133 —20,8 ч; йод-131 — 8,05 сут; цезий-144 — 284 сут; рутений-106— 1 год; цезий-134 — 2,1 года; цезий-137 30 лет; стронций-90 — 28 лет; плутоний-239 — 24 тыс. лет. Уран-238 испускает ос-частицы, и период его полураспада составляет 4,5 млрд лет.

В системе СИ за единицу измерения радиоактивности приня­то одно ядерное превращение в секунду. Эта единица получила название беккерель (Бк). Кюри (Ки) — внесистемная единица из­мерения активности. Это активность такого количества веще­ства, в котором происходит 3,7- 10'° актов распада в секунду (1 Ки = 3,7 • 10'° Бк). Такой активностью обладает 1 г радия.

Ионизирующая способность радиоактивного излучения ха­рактеризуется также дозой — энергией, передаваемой излучени­ем облучаемой массе вещества. Экспозиционная доза характеризу­ет ионизирующую способность излучений в воздухе. За единицу экспозиционной дозы принят кулон на килограмм (Кл/кг), когда в 1 кг сухого атмосферного воздуха образуются ионы, несущие за­ряд в 1 Кл. Рентген (Р) — экспозиционная доза, при которой в 1 см3 воздуха образуется 2,08 • 109 пар несущих заряд ионов (1 Р = 2,58- 10~4Кл/кг). Поглощенная доза излучения в тканях измеряется в радах (рад) (1 рад = 100 эрг/г = 1 • 10~2 Дж/кг). Для р-, у- и рентгеновского излучения 1 рад равен приблизительно 1 бэр. Для а-излучения 1 рад эквивалентен 10—20 бэр. В систе­ме СИ в качестве единицы поглощенной дозы принят грей (Гр) (1 Гр= 1 Дж/кг= 100 рад).

Для учета биологической эффективности различных излучений введено понятие эквивалентная доза. Это одна из основных дози­метрических единиц в области радиоэкологии, радиобиологии и радиационной безопасности. Эквивалентная доза — это произве­дение поглощенной дозы данного вида ионизирующего излучения на соответствующий коэффициент качества излучения (k), отража­ющий способность данного вида излучения повреждать ткани организма. За единицу эквивалентной дозы принимают бэр — биологический эквивалент рентгена. Эта единица служит для из­мерения степени биологического повреждения, вызываемого ионизирующим излучением. Бэр учитывает относительную био­логическую эффективность энергии, поглощенной живой тканью (1 бэр = 1 рад • k). Один бэр приблизительно равен одному рент­гену (1 Р = 0,88 бэр) и производит то же биологическое действие. В системе СИ единица эквивалентной дозы — зиверт (Зв) (1 Зв = 100 бэр = 1 Гр • k). При определении эквивалентной дозы ионизирующего излучения используют следующие значения ко­эффициента качества: рентгеновское и у-излучение — 1; р-излучение — 1; тепловые (медленные) нейтроны —2; быстрые нейтро­ны — 10; а-излучение — 10—20.

Указанные единицы измерения радиации для удобства их ко­личественного выражения часто используют с приставками –кило- (к-) (одна тысяча), милли- (м-) (одна тысячная), микро-(мк-) (одна миллионная) или нано- (н-) (одна миллиардная).

Летальная доза (LД) — доза, определяющая процент смертнос­ти после радиационного облучения. Например, LD₅₀ — доза, после получения которой погибает 50 % облученных. LD₅₀/₃₀ означает, что в результате облучения погибнет 50 % облученных в течение 30 сут. Для людей доза LD₅₀/₃₀ находится в пределах 4—5 Зв (400— 500 бэр).