Тема: Искусственные источники ионизирующего излучения

Тема: Искусственные источники ионизирующего излучения
Открытие радиоактивности послужило толчком для прикладного
использования этого физического явления.
В результате хозяйственной деятельности за последние несколько
десятилетий человек создал искусственные источники радиоактивного
излучения и научился использовать энергию атома в самых разных целях:
медицине, для производства энергии и атомного оружия, для поиска
полезных ископаемых и обнаружения пожаров. Мирный атом применяется в
сельском хозяйстве и археологии. С каждым годом увеличивается количество искусственных источников излучения, используемых в сфере
деятельности человека, которые дают дополнительную дозовую нагрузку.
Дозы, полученные каждым отдельным человеком от искусственных
источников радиации очень разнятся. В большинстве случаев они невелики,
но иногда техногенное облучение оказывается весьма значительным, хотя и
его гораздо легче контролировать.
Совершенно иная ситуация сложилась на территориях, пострадавших
от Чернобыльской катастрофы, между искусственными и естественными
источниками облучения, о чем подробнее остановимся ниже.
1. Излучение в медицине
Медицинские процедуры и методы лечения, которые связаны с
применением радиоактивного излучения, вносят основной вклад среди
техногенных источников радиации. Различают три самостоятельных
направления применения радиации в медицине.
1) Использование излучения в диагностических целях. Наиболее
распространенным из них являются рентгеновские лучи. Принцип
рентгенографии основан на способности рентгеновских лучей проходить
сквозь человеческий организм. Как правило, они легче проходят сквозь
мягкие ткани и труднее сквозь кости. Результат фиксируется на фотопленке
или мониторе компьютера.
В развитых странах в среднем каждый человек раз в два года проходит
рентгеновские обследования, не считая рентгенологических обследований
зубов и массовой флюорографии. В большинстве стран около половины
обследований приходится на долю грудной клетки, но по мере уменьшения
заболевания туберкулезом интенсивность массовых обследований снижается.
Развитие
компьютерной
техники
позволило
совместить
рентгеноскопию с современными методами обработки информации.
Компьютерная томография находит все более широкое применение. Такая
методика при обследовании почек позволила уменьшить дозы облучения
кожи в 5 раз, а яичников - в 25 раз по сравнению с обычными методами.
В настоящее время разработан новый метод диагностики на основе
ядерно-магнитного резонанса. В таких установках используют не
рентгеновское излучение, а очень интенсивное магнитное поле и
электромагнитные волны радиочастотного диапазона, этот вид диагностики
особенно важен в условиях чернобыльского фактора, так как не дает
дополнительной дозовой нагрузки.
2) Введение радиоактивных изотопов в организм человека. Метод
основан на регистрации излучения снаружи организма после того, как
изотопы сконцентрируются в определенном органе, расположенном в
глубине тела.
Область использования радиоактивных веществ для диагностики или
лечения называют радиоизотопной медициной. Величину излучения
оценивают с помощью счетчиков и определяют локализацию, количество и
характер распределения введенного изотопа. Такая информация очень важна
для диагностики ряда медицинских нарушений. Благодаря высокой
чувствительности счетчиков, определяющих излучение, в организме
человека вводят очень небольшое количество радиоактивных веществ, что не
нарушает нормального равновесия веществ.
Годовая эффективная эквивалентная доза от данных видов
исследований по мнению японских ученых составляет 20 мкЗв на человека.
3) В настоящее время ионизирующие излучения используют для
борьбы со злокачественными болезнями. Лучевая терапия основана на
способности рентгеновских лучей (или других видов ионизирующих
излучений) воздействовать на клетки биологической ткани посредством
устранения их способности к делению и размножению. Успешное лечение
зависит от точного направления луча и обеспечения строгого режима
облучения дозами, распределенными в течение длительного периода
времени.
В мире насчитывается несколько тысяч радиотерапевтических
установок, которые используются для лечения рака. Суммарные дозы для
каждого человека довольно велики, однако их получает небольшое число
людей. Поэтому их вклад в коллективную дозу незначителен.
Средняя эффективная эквивалентная доза, получаемая от всех
источников облучения в медицине в промышленно развитых странах около 1
мЗв на каждого жителя, т.е. примерно половина средней дозы от
естественных источников. Этот показатель неодинаков в различных странах
и определяется уровнем социального развития страны, доступностью
медицинской помощи и охвата населения медицинскими мероприятиями, материально-технической базой рентгенологической службы, т.е. качеством и
конструктивными особенностями рентгеновской аппаратуры.
2. Ядерные взрывы
Любое научное открытие, как показал исторический опыт, может быть
использовано во благо или во вред человеческой цивилизации. Одним из
примеров этого является разработка и применение ядерного оружия.
Разработка ядерного оружия была начата в начале 40-х гг. XX в. Под
руководством Е.Ферми в 1942г. в США был сконструирован и пущен 1
ядерный реактор. В 1945г. под руководством Р.Оппенгемера американские
ученые создали и испытали 1-ю атомную бомбу в Хиросиме и Нагасаки (в
СССР в 1949г.). В 1952 г. США первыми осуществили термоядерный взрыв
(в СССР в 1953г.), а в середине 50-х гг. ввели в строй первую атомную
подводную лодку с ядерными ракетами. В начале 80-х гг. в США были
созданы нейтронные боеприпасы. Наибольшее количество испытаний было
проведено в 1954-1958 и 1961-1962 годах. С 1963 года проводятся в
основном подземные испытания, которые обычно не сопровождаются
образованием радиоактивных осадков. С 1945 по 1991г. было произведено
2059 ядерных взрывов (1085 США, 715 СССР, 182 Франция, 42
Великобритания, 35 Китай). После принятия моратория на проведение
испытаний взрывы были осуществлены в индии Пакистане.
Ядерное оружие основано на использовании внутренней энергии,
выделяющейся при цепных реакциях деления тяжелых ядер или при
термоядерных реакциях синтеза. Вследствие этого различают следующие
разновидности ядерного оружия:
1) атомная бомба. Основана на цепной реакции деления изотопов
урана или плутония. Критическая масса образуется после соединения
изолированных частей изотопов обычным взрывным устройством.
Критическая масса для урана составляет 24 кг, при этом минимальные
размеры бомбы могут быть менее 50 кг. Критическая масса для плутония 8
кг, что при плотности 18,7 г/см3 составляет примерно объём теннисного
мяча;
2) водородная бомба. Высвобождение энергии вследствие превращения
легких ядер в более тяжелые при реакции синтеза. Для начала реакции
необходима температура в 10 млн. градусов Цельсия, что достигается
взрывом обычной атомной бомбы;
3) нейтронное оружие. Как разновидность ядерных боеприпасов с
термоядерным зарядом малой мощности. Достигается повышенное
нейтронное излучение за счет большего расхода энергии (примерно в 5-10
раз) на создание проникающей радиации.
В результате взрывов на планете образовалось огромное количество
радионуклидов. Часть радиоактивного материала выпала неподалеку от
места взрыва (локальные осадки). Тропосферные осадки выпали на
расстоянии нескольких сотен тысяч - километров в течение месяца после
взрыва. Их распространение зависит от погодных условий на данной широте.
Большая часть радиоактивного материала сосредоточилась в стратосфере
(10-50 км от поверхности Земли), обуславливая глобальное радиоактивное
загрязнение окружающей среды в течение многих лет. Радиоактивные осадки
состоят из нескольких сотен различных радионуклидов, но наибольшее
значение для формирования доз облучения населения Земли имеют
следующие: углерод-14, цезий-137, церий-144, стронций-90, рутений-106,
цирконий-95, тритий и иод-131. Дозы облучения от этих и других
радионуклидов неодинаковы в различные периоды времени после взрыва, так
как различна скорость их распада.
При взрыве ядерного заряда за миллионные доли секунды выделяется
колоссальное количество энергии и поэтому в зоне протекания ядерных
реакций температура повышается до нескольких миллионов градусов, а
максимальное давление достигает млрд. атмосфер. Высокие температура и
давление вызывают мощную ударную волну и световое излучение. Взрыв
ядерного заряда сопровождается испусканием радиации. Возникающие
электрические заряды в воздухе под действием ионизирующих излучений
приводят к образованию электромагнитного импульса.
Поражающие факторы ядерного взрыва:
ударная волна – область резкого сжатия воздуха, распространяющаяся
во все стороны от центра взрыва со сверхзвуковой скоростью. Основной
способ защиты людей от ударной волны – укрытие в защитных сооружениях.
Очаг поражения условно разделяют на четыре зоны: зона полных
разрушений, зона сильных, зона средних разрушений, зона слабых
разрушений
световое излучение – поток лучистой энергии, включающий
ультрафиолетовые, видимые и инфракрасные лучи. Световое излучение
длится всего несколько секунд и способно вызвать возгорание различных
сооружений и ожоги у людей. Наиболее эффективная защита достигается в
убежищах и укрытиях.
электромагнитный импульс – мощные электромагнитные поля,
которые возникают в более высоких слоях атмосферы под действием
ионизирующих излучений и неравномерного движения электрических
зарядов. Действие электромагнитного импульса проявляется прежде всего по
отношению к радиоэлектронной и электротехнической аппаратуре. Защитой
служит экранирование линий электроснабжения и аппаратуры.
проникающая радиация – поток гамма-лучей и нейтронов. Через 10-15
мин после взрыва высота облака в зависимости от мощности боеприпаса
может достигать 5-20 км. Затем облако постепенно утрачивает свою
характерную форму и, двигаясь по направлению ветра, рассеивается, заражая
поверхность земли и находящиеся на ней объекты.
Постепенно уровень радиации на местности снижается примерно в 10
раз.
Для защиты в зонах радиоактивного заражения надо использовать
защитные сооружения (убежища, противорадиационные укрытия), а для
защиты органов дыхания и кожи – средства индивидуальной защиты и
спец.мед.препараты.
Вопросы для самоконтроля
1. Назовите основные искусственные источники ионизирующего
излучения.
2. В каких отраслях хозяйства используется ионизирующее излучение?
3. Как используют радиацию в медицине?
4. Какие лучи используются в диагностике?
5. Какие технологии позволяют уменьшить дозы облучения при
диагностике с использованием ионизирующего излучения?
6. На чем основан метод введения радиоактивных изотопов в организм
человека?
7. Что такое «радиоизотопная медицина»?
8. Что такое «лучевая терапия»?
9. На чем основано ядерное оружие?
10. Какие выделяют разновидности ядерного оружия?
11. В какой период было проведено наибольшее количество ядерных
испытаний?
12. Какие страны проводили ядерные испытания?
13. Из чего состоят радиоактивные осадки?
14. Перечислите поражающие факторы ядерного взрыва.
15. Как можно защититься при ядерном взрыве?