Після аварії на АЕС «Фукусіма» світ захлеснула чергова хвиля панічного радіофобії. На Далекому Сході з продажу зник йод, а виробники і продавці дозиметрів не тільки розпродали всі наявні на складах прилади, але і зібрали попередні замовлення на півроку-рік вперед. Але чи так страшна радіація? Якщо ви кожен раз здригаєтеся при цьому слові, стаття написана для вас.
Ігор Єгоров
Що ж таке радіація? Так називають різні види іонізуючого випромінювання, тобто того, яке здатне відривати електрони від атомів речовини. Три основних види іонізуючого випромінювання прийнято позначати грецькими літерами альфа, бета і гамма. Альфа-випромінювання — це потік ядер гелію-4 (практично весь гелій з повітряних кульок колись був альфа-випромінюванням), бета — потік швидких електронів (рідше позитронів), а гамма — потік фотонів високої енергії. Ще один вид випромінювання — потік нейтронів. Іонізуюче випромінювання (за винятком рентгенівського) — результат ядерних реакцій, тому ні мобільні телефони, ні мікрохвильові печі не є його джерелами.
Заряджену зброю
З усіх видів мистецтва для нас найважливішим, як відомо, є кіно, а з видів радіації — гамма-випромінювання. Воно володіє дуже високою проникаючою здатністю, і теоретично ніяка перешкода не здатна захистити від нього повністю. Ми постійно піддаємося гамма-опроміненню, воно приходить до нас крізь товщу атмосфери з космосу, пробивається крізь шар грунту і стіни будинків. Зворотна сторона такої всепроникаемости — відносно слабка руйнівна дія: з великої кількості фотонів лише мала частина передасть свою енергію організму. М’яке (низькоенергетичне) гамма-випромінювання (і рентгенівське) в основному взаємодіє з речовиною, вибиваючи з нього електрони за рахунок фотоефекту, жорстке — розсіюється на електронах, при цьому фотон не поглинається і зберігає помітну частину своєї енергії, так що ймовірність руйнування молекул в такому процесі значно менше.
Бета-випромінювання за своїм впливом близько до гамма-випромінювання — воно теж вибиває електрони з атомів. Але при зовнішньому опроміненні воно повністю поглинається шкірою і найближчими до шкірі тканинами, не доходячи до внутрішніх органів. Тим не менш, це призводить до того, що потік швидких електронів передає опроміненим тканин значну енергію, що може призвести до променевих опіків або спровокувати, наприклад, катаракту.
Альфа-випромінювання несе значну енергію і великий імпульс, що дозволяє йому вибивати електрони з атомів і навіть самі атоми з молекул. Тому завдані їм «руйнування» значно більше — вважається, що, передавши тілу 1 Дж енергії, альфа-випромінювання завдасть такої ж шкоди, як 20 Дж у разі гамма – або бета-випромінювання. На щастя, проникаюча спроможність альфа-частинок надзвичайно мала: вони поглинаються самим верхнім шаром шкіри. Але при попаданні всередину організму альфа активні ізотопи вкрай небезпечні: згадайте сумно відомий чай з альфа-активними полонієм-210, яким був отруєний Олександр Литвиненко.
Нейтральна небезпека
Але перше місце в рейтингу небезпеки, безсумнівно, займають швидкі нейтрони. Нейтрон не має електричного заряду і тому не взаємодіє з електронами, а з ядрами — тільки при прямому попаданні». Потік швидких нейтронів може пройти через шар речовини в середньому від 2 до 10 см без взаємодії з ним. Причому у випадку важких елементів, зіткнувшись з ядром, нейтрон лише відхиляється в бік, майже не втрачаючи енергії. А при зіткненні з ядром водню (протонів) нейтрон передає йому приблизно половину своєї енергії, вибиваючи протон з його місця. Саме цей швидкий протон (або, меншою мірою, ядро іншого легкого елемента) і викликає іонізацію в речовині, діючи подібно альфа-випромінювання. В результаті нейтронне випромінювання, подібно гамма-квантам, легко проникає всередину організму, але там майже повністю всмоктується, створюючи швидкі протони, спричиняють великі руйнування. Крім того, нейтрони — це те саме випромінювання, яке викликає наведену радіоактивність в опромінюваних речовинах, тобто перетворює стабільні ізотопи в радіоактивні. Це вкрай неприємний ефект: скажімо, з транспортних засобів після перебування у вогнищі радіаційної аварії альфа-, бета – і гамма-активну пил можна змити, а от від нейтронної активації позбутися неможливо — випромінює вже сам корпус (на цьому, до речі, і був заснований вражаючий ефект нейтронної бомби, активировавшей броню танків).
Доза і потужність
При вимірі та оцінці радіації використовується така кількість різних понять і одиниць, що звичайній людині можна і заплутатися.
Експозиційна доза пропорційна кількості іонів, які створює гамма – і рентгенівське випромінювання в одиниці маси повітря. Її прийнято вимірювати в рентгенах (Р).
Поглинена доза показує кількість енергії випромінювання, поглинена одиницею маси речовини. Раніше її вимірювали в радах (рад), а зараз — в греях (Гр).
Еквівалентна доза додатково враховує різницю у руйнівної здатності різних типів радіації. Раніше її вимірювали в «біологічних еквівалентах рада» — бэрах (бер), а зараз — в зивертах (Зв).
Ефективна доза враховує ще й різну чутливість різних органів до радіації: наприклад, опромінювати руку куди менш небезпечно, ніж спину або груди. Раніше вимірювалася в тих же бэрах, зараз — в зивертах.
Переведення одних одиниць вимірювання в інші не завжди коректний, але в середньому прийнято вважати, що експозиційна доза гамма-випромінювання в 1 Р принесе організмові такої ж шкоди, як еквівалентна доза 1/114 Зв. Переклад радий у греї і берів в зиверты дуже простий: 1 Гр = 100 рад, 1 Зв = 100 бер. Для перекладу поглиненої дози в еквівалентну використовують т. зв. «коефіцієнт якості випромінювання», що дорівнює 1 для гамма – і бета-випромінювання, 20 для альфа-випромінювання і 10 для швидких нейтронів. Наприклад, 1 Гр швидких нейтронів = 10 Зв = 1000 бер.
Природна потужність еквівалентної дози (ПЕД) зовнішнього опромінення звичайно становить 0,06 — 0,10 мкЗв/год, але в деяких місцях може бути і менше 0,02 мкЗв/год або більше 0,30 мкЗв/год, Рівень понад 1,2 мкЗв/год в Росії офіційно вважається небезпечним, хоча в салоні літака під час перельоту ПЕД може багаторазово перевищувати це значення. А екіпаж МКС піддається опроміненню з потужністю приблизно 40 мкЗв/год.
У природі нейтронне випромінювання досить незначно. По суті, ризик піддатися йому існує лише при ядерного бомбардування або серйозної аварії на АЕС з розплавленням і викидом у навколишнє середовище більшої частини активної зони реактора (та й то лише в перші секунди).
Газорозрядні лічильники
Радіацію можна виявити і виміряти з допомогою різних датчиків. Найпростіші з них — іонізаційні камери, пропорційні лічильники і газорозрядні лічильники Гейгера-Мюллера. Вони являють собою тонкостінну металеву трубку з газом (або повітрям), уздовж осі якої натягнута дротик — електрод. Між корпусом і дротиком прикладають напругу і вимірюють протікає струм. Принципова відмінність між датчиками лише у величині напруги прикладається: при невеликих напругах маємо іонізаційну камеру, при великих — газорозрядний лічильник, десь посередині — пропорційний лічильник.
Сфера з плутонію-238 світиться в темряві, подібно одноваттной лампочці. Плутоній токсичний, радіоактивний і неймовірно важкий: один кілограм цієї речовини вміщується в кубику зі стороною 4 див.
Іонізаційні камери, пропорційні лічильники дозволяють визначити енергію, яку передала газу кожна частинка. Лічильник Гейгера-Мюллера тільки вважає частинки, зате свідчення з нього дуже легко отримувати і обробляти: потужність кожного імпульсу достатня, щоб безпосередньо вивести її на невеликий динамік! Важлива проблема газорозрядних лічильників — залежність швидкості рахунку від енергії випромінювання при однаковому рівні радіації. Для її вирівнювання використовують спеціальні фільтри, які поглинають частину м’якого гамма – і все бета-випромінювання. Для виміру щільності потоку бета – і альфа-частинок такі фільтри роблять знімними. Крім того, для підвищення чутливості до бета – і альфа-випромінювання застосовуються «торцеві лічильники»: це диск з денцем в якості одного електрода і другим спіральним дротяним електродом. Кришку торцевих лічильників роблять з дуже тонкої (10-20 мкм) пластинки слюди, через яку легко проходить м’яке бета-випромінювання і навіть альфа-частинки.
Цікаве в мережі
Напівпровідники і сцинтилятори
Замість іонізаційній камери можна використовувати напівпровідниковий датчик. Найпростішим прикладом служить звичайний діод, до якого прикладено замикаючий напруга: при попаданні іонізуючої частинки в p-n-перехід вона створює додаткові носії заряду, які призводять до появи імпульсу струму. Щоб підвищити чутливість, використовують так звані pin-діоди, де між шарами p – і n-напівпровідників є відносно товстий шар нелегованого напівпровідника. Такі датчики компактні і дозволяють вимірювати енергію частинок з високою точністю. Але обсяг чутливої області у них малий, а тому чутливість обмежена. Крім того, вони набагато дорожче газорозрядних.
Ще один принцип — підрахунок і вимірювання яскравості спалахів, які виникають у деяких речовин при поглинанні частинок іонізуючого випромінювання. Побачити неозброєним оком ці спалахи можна, але спеціальні високочутливі прилади — фотоелектронні помножувачі — на це здатні. Вони навіть дозволяють вимірювати зміна яскравості в часі, що характеризує втрати енергії кожної окремої частки. Датчики на цьому принципі називають сцинтилляторными.
Щит від радіації
Для захисту від гамма-випромінювання найбільш ефективні важкі елементи, такі як свинець. Чим більше номер елемента в таблиці Менделєєва, тим сильніше в ньому проявляється фотоефект. Ступінь захисту залежить і від енергії частинок випромінювання. Навіть свинець послаблює випромінювання від цезію-137 (662 кев) лише два рази на кожні 5 мм своєї товщини. У випадку кобальту-60 (1173 і 1333 кев) для двократного ослаблення потрібно вже більше сантиметра свинцю. Лише для м’якого гамма-випромінювання, такого як випромінювання кобальту-57 (122 кев), серйозним захистом буде і досить тонкий шар свинцю: 1 мм послабить його раз в десять. Так що протирадіаційні костюми з фільмів та комп’ютерних ігор в реальності захищають лише від м’якого гамма-випромінювання.
Бета-випромінювання повністю поглинається захистом певної товщини. Наприклад, бета-випромінювання цезію-137 з максимальною енергією 514 кев (і середньої 174 кев) повністю поглинається шаром води товщиною в 2 мм або 0,6 мм алюмінію. А ось свинець для захисту від бета-випромінювання використовувати не варто: занадто швидке гальмування бета-електронів призводить до утворення рентгенівського випромінювання. Щоб повністю поглинути випромінювання стронцію-90, потрібно менше 1,5 мм свинцю, але для поглинання утворився при цьому рентгенівського випромінювання потрібно ще сантиметр!
Народні засоби
Існує усталений міф про «захисному» дії спиртного, проте він не має під собою ніякого наукового обгрунтування. Навіть якщо червоне вино містить природні антиоксиданти, які теоретично могли б виступати в ролі радіопротекторів, їх теоретична користь переважує практичним шкодою від етанолу, який пошкоджує клітини і є нейротоксическим отрутою.
Надзвичайно живуча народна рекомендація пити йод, щоб не «заразитися радіацією» виправдана хіба що для 30-кілометрової зони навколо свежевзорвавшейся АЕС. У цьому випадку використовується йодид калію, щоб «не пустити» в щитовидку радіоактивний йод-131 (період напіврозпаду — 8 діб). Використовується тактика меншого зла: нехай краще щитовидна залоза буде «забита» звичайним, а не радіоактивним йодом. І перспектива отримати розлад функцій щитовидки меркне перед раком або навіть летальним результатом. Але поза зоною зараження ковтати таблетки, пити спиртовий розчин йоду або мазати їм шию спереду не має ніякого сенсу — профілактичного значення це не має, а от заробити йодне отруєння і перетворити себе в довічного пацієнта ендокринолога можна легко.
Від зовнішнього альфа-опромінення захиститися найпростіше: для цього достатньо аркуша паперу. Втім, велика частина альфа-частинок не проходить в повітрі і п’яти сантиметрів, так що захист може знадобитися хіба що в разі безпосереднього контакту з радіоактивним джерелом. Куди важливіше захиститися від потрапляння альфа-активних ізотопів всередину організму, для чого використовується маска-респіратор, а в ідеалі — герметичний костюм з ізольованою системою дихання.
Нарешті, від швидких нейтронів найкраще захищають багаті воднем речовини. Наприклад, вуглеводні, найкращий варіант — поліетилен. Відчуваючи зіткнення з атомами водню, нейтрон швидко втрачає енергію, сповільнюється і незабаром стає нездатний викликати іонізацію. Однак такі нейтрони все ще можуть активувати, тобто перетворювати в радіоактивні, багато стабільні ізотопи. Тому в нейтронну захист часто додають бор, який дуже сильно поглинає такі повільні (їх називають тепловими) нейтрони. На жаль, товщина поліетилену для надійного захисту повинна бути як мінімум 10 див. Так що вона виходить набагато легше, ніж свинцева захист від гамма-випромінювання.
Таблетки від радіації
Людський організм більш ніж на три чверті складається з води, так що основна дія іонізуючого випромінювання — радіоліз (розкладання води). Утворюються вільні радикали викликають лавинний каскад патологічних реакцій з виникненням вторинних «осколків». Крім того, випромінювання пошкоджує хімічні зв’язки в молекулах нуклеїнових кислот, викликаючи дезінтеграцію і деполімеризацію ДНК і РНК. Інактивуються найважливіші ферменти, що мають у своєму складі сульфгидрильную групи — SH (аденозинтрифосфатаза, сукциноксидаза, гексокиназа, карбоксилаза, холінестераза). При цьому порушуються процеси біосинтезу й енергетичного обміну, із зруйнованих органел в цитоплазму вивільняються протеолітичні ферменти, починається самопереваріваніе. У групі ризику в першу чергу виявляються статеві клітини, попередники формених елементів крові, клітини шлунково-кишкового тракту і лімфоцити, а ось нейрони і м’язові клітини до іонізуючого випромінювання досить стійкі.
Цікаве в мережі
Препарати, здатні захистити від наслідків опромінення, стали активно розроблятися в середині XX століття. Більш-менш ефективними і придатними для масового використання виявилися лише деякі аминотиолы, такі як цистамин, цистеамін, аминоэтилизотиуроний. По суті вони є донорами — SH груп, підставляючи їх під удар замість «рідних».
Радіація навколо нас
Щоб зіткнутися з радіацією «обличчям до обличчя», аварії зовсім не обов’язкові. Радіоактивні речовини широко застосовуються в побуті. Природною радіоактивністю має калій — дуже важливий для всього живого елемент. Із-за малої домішки ізотопу K-40 в природному калії «фонить» дієтична сіль і калійні добрива. У деяких старих об’єктивах використовувалося скло з домішкою оксиду торію. Цей же елемент додають у деякі сучасні електроди для аргоновому зварювання. До середини ХХ століття активно використовували прилади з підсвічуванням на основі радію (в наш час радій замінили на менш небезпечний тритій). У деяких датчики диму використовується альфа-випромінювач на основі америцію-241 або високозбагаченого плутонію-239 (так-так, того самого, з якого роблять ядерні бомби). Але хвилюватися не варто — шкода здоров’ю від всіх цих джерел значно менше шкоди від занепокоєння з цього приводу.
Стаття «Ліки від радіофобії» опублікована в журналі «Популярна механіка»
(№1, Січень 2012).
Thanks!
Our editors are notified.