Занимательная радиация

Начнём с простого – с «калибра». Вы наверняка и раньше слыхали об альфа-, бета- и гамма-излучениях. Именно эти виды излучений образуются при радиоактивных распадах (вернёмся к таблице 2.1). У этих излучений имеются общие свойства – и есть различия.

Общие свойства: все три вида излучений – ионизирующие. Что это значит? Высокая энергия излучений. Настолько высокая, что при попадании в другой атом они выбивают с его орбиты электрон. Атом-мишень при этом превращается в положительно заряженный ион (вот почему излучения – ионизирующие). Именно высокая энергия отличает ионизирующие излучения от всех прочих (например, от микроволнового или ультрафиолетового).

Чтобы стало совсем понятно, представим атом. При огромном увеличении он выглядит как маковое зерно (ядро атома), окружённое тончайшей сферической плёнкой типа мыльного пузыря диаметром несколько метров (электронная оболочка).

И вот из нашего зёрнышка-радионуклида вылетает совсем крошечная пылинка (альфа- или бета-частица). Это радиоактивный распад – процесс физический. Ведь при испускании заряженной частицы заряд ядра изменяется – и образуется новый химический элемент.

А наша пылинка мчится с огромной скоростью – и врезается в электронную оболочку другого – ближайшего атома, выбивая из неё электрон. Атом-мишень, потеряв электрон, превращается в положительно заряженный ион. Но прежнего химического элемента. Такая ионизация – процесс химический: то же самое происходит с металлами при растворении в кислотах.

Вот по такой способности ионизировать атомы излучения и относят к радиоактивным. Ионизирующие излучения могкт возникать не только в результате радиоактивного распада. Их источником может служить реакция деления (атомный взрыв или ядерный реактор); реакция синтеза лёгких ядер (Солнце и другие звёзды, водородная бомба); ускорители заряженных частиц и рентгеновская трубка (сами по себе эти устройства не радиоактивны). Главное отличие радиации – высочайшая энергия ионизирующих излучений.

Различия же альфа-, бета- и гамма-излучений определяются их природой. В конце 19-го века, когда была открыта радиация, никто не знал, что это за зверь. И вновь открываемые «радиоактивные лучи» просто обозначали первыми буквами греческого алфавита.

Первым открыли альфа-излучение, испускаемое при распаде тяжёлых радионуклидов – урана, радия, тория, радона. Природу же альфа-частиц выяснили уже после их открытия. Оказалось, это летящие с огромной скоростью ядра атомов гелия. То есть тяжёлые положительно заряженные «пакеты» из двух протонов и двух нейтронов. Эти «крупнокалиберные» частицы далеко пролететь не могут. Даже в воздухе они проходят не более нескольких сантиметров; а лист бумаги или, скажем, внешний омертвевший слой кожи (эпидермис) задерживает их полностью.

Бета-частицы при ближайшем рассмотрении оказались обычными электронами, но опять же летящими с огромной скоростью. Они значительно легче альфа-частиц, и электрический заряд у них поменьше. Такие «мелкокалиберные» частицы глубже проникают в разные материалы. В воздухе бета-частицы пролетают несколько метров; их способен задержать тонкий лист металла, оконное стекло и обычная одежда. Внешнее облучение обычно приводит к ожогу хрусталика глаза или кожи (подобно солнечному ультрафиолету).

И, наконец, гамма-излучение. Оказалось, оно имеет ту же природу, что и видимый свет, ультрафиолетовые, инфракрасные лучи или радиоволны. То есть гамма-лучи – это электромагнитное (фотонное) излучение, но с чрезвычайно высокой энергией фотонов. Или, другими словами, с очень короткой длиной волны (рис. 2.2).

Гамма-излучение имеет очень высокую проникающую способность. Она зависит от плотности облучаемого материала и оценивается толщиной слоя половинного ослабления. Чем плотнее материал, тем лучше он задерживает гамма-лучи (вот почему для защиты от гамма-излучения чаще используют бетон или свинец). В воздухе гамма-лучи могут пройти десятки, сотни и даже тысячи метров. Для других материалов толщина слоя половинного ослабления показана на рис. 2.3.

Рис. 2.2. Шкала электромагнитных излучений

Рис. 2.3. Значение слоёв половинного ослабления гамма-излучения

При воздействии гамма-излучения на человека могут быть повреждены как кожа, так и внутренние органы и ткани. Если бета-излучение мы сравнили со стрельбой мелкокалиберными пулями, то гамма-излучение – стрельба тончайшими иголками.

По природе и свойствам на гамма-излучение очень похоже излучение рентгеновское. Отличается лишь происхождением: его получают искусственно в рентгеновской трубке.

Существуют и другие виды ионизирующих излучений. Например, при ядерной вспышке или работе ядерного реактора кроме гамма-излучений образуются потоки нейтронов. Космические лучи помимо этих же излучений несут протоны и много чего ещё.

Итак, мы ответили на вопрос о «скорострельности» и «калибре» ионизирующих излучений. Но этот вопрос вовсе не главный. Самое важное – последствия облучения. Можно ли их оценить, зная удельную активность источника и тип излучения? Увы, нет. Помимо свойств радионуклида нам необходимо узнать, как ионизирующие излучения действуют на живой организм.

Об этом – в следующей главе.

Миф третий: самый опасный вид радиации —

гамма-излучение

Со школьных времен у многих сложилось впечатление: по-настоящему опасно именно гамма-излучение. Образуясь при ядерной вспышке, гамма-лучи пролетают многие километры, пронизывают людей насквозь и приводят к лучевой болезни. Именно для защиты от гамма-излучений ядерный реактор окружают бетонной толщей, а не такие крупные источники излучений прячут в свинцовые контейнеры.

Всё это так. Но не имеет прямого отношения к опасности излучений для человека. Почему? Потому что в этом случае речь идёт о совсем другом свойстве излучений – об их проникающей способности. У гамма-излучений такая способность много выше, чем у альфа- и бета-лучей. Опасность же излучений определяется их дозой. Позднее мы вернемся к нашим гамма-лучам, а пока попробуем понять, что такое доза.

Итак, что это такое – доза?

Рассмотрим на бытовом примере. Человек выпил 250 грамм водки. Это что – доза? Нет, это порция, которая содержит 100 грамм спирта. А доза рассчитывается с учетом массы тела человека. Если он весит 100 кг, то в нашем примере доза будет равна 1 грамм алкоголя на 1 килограмм массы тела. Если же человек весит 50 кг, то доза будет равна 2 г/кг, то есть в два раза больше. Видите, как удобно сравнивать? Уже ясно, что на второго человека приём той же порции окажет более сильное действие. А от одинаковой дозы и последствия будут соразмерные.

Подобным образом оценивают и воздействие ионизирующих излучений на человека. Самая простая характеристика – так называемая поглощённая доза. Как её определяют? В два этапа. Сначала измеряют или рассчитывают – нет, не граммы спирта, а количество энергии, которое поглотило тело (человек или отдельный орган) в результате облучения. А потом эту поглощённую энергию делят на массу тела.

Русский и француз в поезде.

Француз достаёт коньячок, шоколадку. Наш – бутыль водки и банку с капустой.

Чокнулись. Француз рюмочку пригубил, от шоколадки откусил – и к зеркалу.

Наш стакан опрокинул, зачерпнул пятернёй капусту:

– А ты, мусью, чего это в зеркало любуешься?

– Свою дозу определяю. Щёчки порозовели – всё, достаточно.

Выпили ещё, наш закусил – и тоже к зеркалу.

– Месье, а зачем вы рот открываете?

– Так свою дозу определяю.

–?!

– Капуста всплывёт – всё, хватит.