Введение……………………………………………………………………………..3
1. Виды излучений………………………………………………………………….5
2. Нормирование радиационной безопасности…………………………………10
3. Основные дозовые пределы….......................................................................13
4. Допустимые и контрольные уровни облучения…………………………………18
Заключение………………………………………………………………………….26
Список использованных источников……………………………………………….28
ВВЕДЕНИЕ
Среди вопросов, представляющих научный интерес, немногие приковывают к себе столь постоянное внимание общественности и вызывают так много споров, как вопрос о действии радиации на человека и окружающую среду.
К сожалению, достоверная научная информация по этому вопросу очень часто не доходит до населения, которое пользуется из-за этого всевозможными слухами. Слишком часто аргументация противников атомной энергетики опирается исключительно на чувства и эмоции, столь же часто выступления сторонников ее развития сводятся к мало обоснованным успокоительным заверениям.
Научный комитет ООН по действию атомной радиации собирает всю доступную информацию об источниках радиации и ее воздействии на человека и окружающую среду и анализирует ее. Он изучает широкий спектр естественных и созданных искусственно источников радиации, и его выводы могут удивить даже тех, кто внимательно следит за ходом публичных выступлений на эту тему.
Радиация действительно смертельно опасна. При больших дозах она вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков.
Но для основной массы населения самые опасные источники радиации - это вовсе не те, о которых больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации. Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека; значительно большие дозы мы получаем от других, вызывающих гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности, например от применения рентгеновских лучей в медицине. Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянное пребывание в хорошо герметизированных помещениях, могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации. Наибольшие резервы уменьшения радиационного облучения населения заключены именно в таких «бесспорных» формах деятельности человека.
В настоящей работе освещены различные виды излучений, как от естественных, так и от техногенных источников, оказывающих воздействие на человека и окружающую среду, приведены нормативные источники информации о радиационной безопасности, дозовые пределы облучений и их допустимые и контрольные уровни.
ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ
Проникающая радиация представляет собой большую опасность для здоровья и жизни людей. В больших дозах она вызывает серьезные поражения тканей организма, развивается острая лучевая болезнь, в малых дозах – онкологические заболевания, провоцирует генетические дефекты. В природе существует ряд элементов, ядра атомов которых превращаются в ядра других элементов. Эти превращения сопровождаются излучением – радиоактивностью. Ионизирующее излучение представляет собой потоки элементарных частиц и квантов электромагнитных излучений, способных вызывать ионизацию атомов и молекул среды, в которой они распространяются.
Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма (рис. 1). Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета-излучение обладает большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один - два сантиметра. Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита. В силу очень высокой проникающей способности гамма-излучения представляют большую опасность для человека. Особенность ионизирующего излучения состоит в том, что его воздействие человек начнет ощущать лишь по прошествии некоторого времени.
Рис. 1. Три вида излучений и их проникающая способность
Источники радиации бывают естественными, присутствующими в природе, и не зависящими от человека.
Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации (рис. 2).
Рис. 2. Средние годовые эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных и техногенных источников радиации (цифры указывают величину дозы в миллизивертах)
Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или в воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним.
Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации.
Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они обеспечивают более 5 / 6 годовой эффективной эквивалентной дозы, получаемой населением, в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения (рис. 3).
Рис. 3. Средние годовые эффективные эквивалентные дозы облучения от естественных источников радиации (цифры указывают дозу в миллизивертах)
По некоторым данным 1 средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет примерно 350 микрозивертов, т.е. чуть больше средней индивидуальной дозы облучения из-за радиационного фона, создаваемого космическими лучами на уровне моря.
В среднем примерно 2 / 3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.
Установлено, что из всех естественных источников радиации наибольшую опасность представляет радон – тяжелый газ без цвета и запаха. Он высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно отличается для разных точек Земного шара. Основное излучение от радона человек получает, находясь в закрытом помещении. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, из стройматериалов, радон накапливается в помещении. Самые распространенные стройматериалы – дерево, кирпич и бетон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.
Еще один источник поступления радона в жилые помещения – вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья, даже при высоком содержании радона. Обычно люди употребляют кипяченую воду или в виде горячих напитков, а при кипячении радон практически полностью улетучивается. Большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или в парилке. В природный газ радон проникает под землей. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона может возрасти, если кухонные плиты не снабжены вытяжкой. Следовательно, радон особенно опасен для малоэтажных зданий с тщательной герметизацией помещений (с целью сохранения тепла) и при использовании глинозема в качестве добавки к строительным материалам.
Другие источники радиации, представляющие опасность, к сожалению, созданы самим человеком. Радиация в настоящее время широко используется в различных областях: медицине, промышленности, сельском хозяйстве, химии, науке и т. д. Источниками искусственной радиации служат созданные с помощью ядерных реакторов и ускорителей искусственные радионуклиды, пучок нейтронов и заряженных частиц. Они получили название техногенных источников ионизирующего излучения. Все мероприятия, связанные с получением и применением искусственной радиации, строго контролируются. Особняком по своему воздействию на организм человека стоят испытания ядерного оружия в атмосфере, аварии на АЭС и ядерных реакторах и результаты их работы, проявляющиеся в радиоактивных осадках и радиоактивных отходах. При выпадении радиоактивных осадков в некоторых местностях Земли радиация может попадать внутрь организма человека непосредственно через сельскохозяйственную продукцию и питание.
Все атомы в возбужденном состоянии способны излучать электромагнитные волны. Для этого им необходимо перейти в основное состояние, в котором их внутренняя энергия приобретает . Процесс подобного перехода сопровождается испусканием электромагнитной волны. В зависимости от длины, она обладает различными свойствами. Существует несколько видов такого излучения.
Длиной волны называется кратчайшее расстояние между поверхностью равных фаз. Видимый свет - это электромагнитные волны, которые могут восприниматься человеческим глазом. Длина световых волн варьируется от 340 (фиолетовый свет) до 760 нанометров (красный свет). Лучше всего глаз человека ощущает желто-зеленую область спектра.
Все, что окружает человека, включая его самого, - источники инфракрасного или теплового излучения (длина волны до 0,5 мм). Атомы излучают электромагнитные волны в этом диапазоне при хаотическом столкновении друг с другом. При каждом столкновении их кинетическая энергия переходит в тепловую. Атом возбуждается и излучает волны в инфракрасном диапазоне.
От Солнца до поверхности Земли доходит лишь небольшая часть инфракрасного излучения. До 80% поглощается молекулами воздуха и особенно углекислого газа, который вызывает парниковый эффект.
Длина волны ультрафиолетового излучения значительно меньше, чем инфракрасного. В спектре Солнца также имеется ультрафиолетовая составляющая, но она блокируется озоновым слоем Земли и не доходит до ее поверхности. Такое излучение очень вредно для всех живых организмов.
Длина ультрафиолетового излучения лежит в области от 10 до 740 нанометров. Та небольшая его доля, которая доходит до поверхности Земли вместе с видимым светом, вызывает у людей загар, как защитную реакцию кожи на вредное для нее воздействие.
С помощью радиоволн длиной до 1,5 км можно передавать информацию. Это используется в радиоприемниках и телевидении. Такая большая длина позволяет им огибать поверхность Земли. Наиболее короткие радиоволны могут отражаться от верхних слоев атмосферы и доходить до станций, расположенных на противоположной стороне земного шара.
Гамма-лучи относят к особо жесткому ультрафиолетовому излучению. Они образуются при взрыве атомной бомбы, а также при протекании процессов на поверхности звезд. Это излучение губительно для живых организмов, но магнитосфера Земли не пропускает их. Фотоны гамма-лучей обладают сверхвысокими энергиями.
Одесский национальный университет им. И.И. Мечникова
Физический факультет
Тема доклада:
«Новый вид лучей»
ас. Шкоропадо М.С.
Одесса − 2008
«НОВЫЙ ВИД ЛУЧЕЙ»
На сегодняшний день каждый из нас слышал о рентгеновских лучах, у многих эти слова ассоциируются с флюорографией, поликлиникой, медицинским кабинетом и т.д. Для нас это понятное и объясненное явление, что-то повседневное. Мы знаем, что рентгеновские лучи имеют такую же физическую природу, как видимый или ультрафиолетовые лучи. Они характеризуются очень короткими длинами волн . Для человека конца XIX века начала XX века, это было что-то не понятное, не известное. Особенное впечатление производили снимки полученные с помощью новых лучей.
Популярность этих лучей была настолько большая, что порой были случаи забавного непонимания. Так, одна лондонская фирма начала рекламировать нижнее белье, защищающее от рентгеновских лучей, а в сенат одного из американских штатов был внесен законопроект, требующий запретить употребление рентгеновских лучей в театральных биноклях.
Человек,
открывший эти лучи был герой дня предметом удивлений и почитания, жертвой шуток
и карикатур. Кем же был этот немецкий физик, чье имя так быстро стало известно
каждому и которого сегодня знает каждый человек? Об этом вы сможете прочитать
ниже, а также о его величайшем открытие.
Вильгельм Конрад Рентген немецкий физик, который
сегодня известим всему миру, также как и 113 лет назад, когда сделал выдающееся
открытие. Он родился 27 марта 1845 году в Леннепе, близ Дюссельдорфа. Его
отец был состоятельным торговцем и владельцем фабрики сукна. Мать образованная
и разбирающаяся в делах женщина, была родом из Амстердама. Когда ему было
три года, отец по неизвестным причинам перенес местопребывание своего
предприятия в Голландию. В начале он посещал частную школу в Апельдоорне,
потом своего рода техническое училище, или «промышленную школу», в Утрехте.
Его родители хотели, что бы он стал торговцем и позднее, как единственный сын,
наследовал и продолжил семейное дело. О его школьных годах известно мало, но
известен один факт, что из-за безобидной проделки, в которой он принял лишь
косвенное участие, его исключили из школы. Для получения аттестата зрелости он
пытался сдать экстерном экзамены в другом учебном заведении более высокого
ранга, но его попытка не увенчалась успехом. Без аттестата зрелости, для него
был закрыт путь в высшую школу. По совету одного швейцарского инженера осенью 1865
года, он отправился в Цюрих, чтобы там начать изучение машиностроения в Высшей
технической школе, в которой не требовался аттестат зрелости. Для всех
поступающих предусматривался специальный вступительный экзамен. За хорошие
оценки по естественнонаучным предметам, которые он привез из утрехтского
училища, он был освобожден от этого экзамена. Три года Рентген изучал
машиностроение на механико-техническом отделении. Наибольший интерес он
проявлял к прикладной математике и технической физике. По окончанию научно-инженерного курса Рентген, следую
совету своего будущего наставника физика Августа Кундта, обратился к
экспериментальной физике, которой он еще не занимался вплотную. Уже в 1869
году, через год после инженерного экзамена, он получил за статью по теории газа
степень доктора философии. В отзыве на его диссертацию отмечаются «добротные
знания, самостоятельный творческий талант в области математической физики». В 1870 году Августа Кундта пригласили в Вюрцбургский
университет, в месте с собой он взял своего молодого ассистента. Несмотря на
свои отличные успехи по специальности и двойной диплом высшей школы, Рентгену
не удалось добиться допуска к конкурсу на доцентуру. В Цюрихском университете
при присуждении докторской степени на отсутствие аттестата зрелости великодушно
закрыли глаза. В Вюрцбургской Alma mater царили строгие порядки,
против которых было бессильно и заступничество Кундта. Но уже в 1872 году
Кундт был приглашен во вновь созданный Имперский университет в Страсбурге. Эта
высшая школы была свободна от академический пережитков, и при поддержки
крупного химика, будущего лауреата Нобелевской премии Адольфа фон Байера,
молодому физику удалось в 1874 году получить право на преподавание, несмотря на
отсутствие аттестата. Уже через год Рентген стал профессором математики и
физики в Высшей сельскохозяйственной школе в Гоенгейме. В этом учебном
заведении, в котором у него не было возможностей для экспериментальной работы,
он оставался только два семестра, после чего он вернулся в Страсбург как
экстраординарный профессор математической физики. В университете Гисена в 34 года Рентген получает
кафедру экспериментальной физики. В этот период он опубликовал относительно
немного робот. Но его работы показали смелое и образцово чистое экспериментаторское
искусство и были очень многосторонни по своей тематике. В области науки Рентген
не был узким специалистом, но он преимущественно занимался вопросами
электромагнетизма и оптики. Больше всего Рентген любил работать простыми
приборами, а также в лаборатории, а не в кабинете за письменным столом. Он
отлично умел строить приборы и аппараты, необходимые для исследования и
преподавания, с их помощью он достигал результатов высочайшей точности. В
Гисене Рентген сделал важное открытие. Основываясь на электродинамике
Фарадея-Максвелла, он обнаружил магнитное поле движущегося электрического
заряда. Тем самым он создал существенную предпосылку для обоснования теории
электронов. Открытое Рентгеном явление Лоренц назвал «рентгеновским током». Через десять лет успешной исследовательской и
преподавательской деятельности Рентген был приглашен в Вюрцбург, после того как
он ранее отклонил предложения из Йены и Утрехта. Теперь он как профессор
возвратился в тот университет, который двадцать лет назад, руководствуясь своими
правилами, отказал ему в приват-доцентуру.
Вечером 8 ноября 1895 года Рентген, при помощи
искрового индуктора с прерывателем, газоразрядной трубки Гитторфа и
флюоресцирующего экрана, сделал великое открытие, это открытие является
наиболее впечатляющим примером экспериментальной внимательности и опыта. В этот
вечер он обернул вакуумную трубку светонепроницаемой черной бумагой, которая
задерживала все видимые и ультрафиолетовые лучи. При включении тока высокого
напряжения, он заметил странную вспышку маленьких флуоресцирующих кристаллов,
лежавших на лабораторном столе. Бумажная ширма, которая была покрыта
платиносинеродистым барием, также засияла бледно-зеленым светом. То, что кристаллы лежали по соседству
с трубкой, было случайностью.
Но световая ширма оказалась в руках ученого, безусловно, не случайно, так как он уже много дней
экспериментировал с
катодными лучами. Он повторял описанные Герцем и Ленардом опыты с различными типами трубок, исследуя
свойства катодных лучей. В
этот вечер он с помощью своих опытов узнал, что от вакуумных трубок
действительно исходят невидимые лучи. Лучи пробили черную упаковку и заставили
светиться флуоресцирующие вещества. Ни один физик этого не заметил ранее и не
сообщал об этом. Никаких очевидцев открытия Рентгена нет. Сам ученый весьма
неопределенно говорил о его предыстории. Так что довольно скоро появились
различные противоречащие друг другу слухи. Рентген никому не рассказал о своем наблюдении: никому из сотрудников, никому
из коллег. И даже своей жене, которую он обычно допускал к участию во всех своих
опытах, он не сказал, что работает над чем-то весьма примечательным. Своему лучшему другу, зоологу, он скупо
заметил, что нашел нечто интересное, но не
знает безупречны ли его наблюдения. Рентген хотел основательно исследовать это новое и загадочное явление, он хотел всесторонне проверить надежность
своих наблюдений, прежде чем о них
говорить. На протяжении семи недель ученый в одиночестве работал в своей лаборатории
над исследованием новых лучей и их свойств. Чтобы исключить зрительный
обман, он запечатлел то, что наблюдал на световом экране, при помощи фотопластинки. Он даже велел
приносить себе пищу в институт и поставить там кровать, чтобы не нуждаться в
перерывах в работе с приборами, особенно со ртутным воздушным насосом. Создание высокого вакуума путем выкачивания воздуха из; трубок было тогда
утомительным делом и нередко длилось много дней. Так как разрядные трубки большей
частью спустя короткое время становились непригодными для использования и Рентген вновь
восстанавливал вакуум самостоятельно, основные опыты заняли относительно много времени. 28 декабря 1895 года исследователь выступил с первым сообщением о своем
открытии перед Вюрцбургским физико-медицинским обществом. Оно было незамедлительно напечатано
под
заголовком «Новый род лучей» вюрцбургское книготорговое предприятие,
которое издавало сообщения о заседаниях: общества, выпустило тотчас же статью в виде
брошюры. Красочная бандеролька с фразой «Содержит новое открытие профессора Рентгена из
Вюрцбурга» привлекала внимание к работе. За несколько недель брошюра пережила
пять изданий. Она была переведена также на английский, французский, итальянский и русский
языки. В
своей работе Рентген, в числе прочего, рассказывал о том, как можно получить
новые лучи при помощи трубки Гитторфа или другого подобного же прибора, а также
характеризовал проницаемость различных предметов, использованных в его опытах. Так как
физика газового разряда тогда была еще не разработана и природа новых лучей по-прежнему
оставалась загадочной, он назвал их «Х-лучами». В середине
январе Рентген был вызван ко двору в Берлин. Перед кайзером и придворным обществом он
сообщил о своих
лучах и показал некоторые опыты. 23 января 1896 года он выступал в
переполненном зале своего института в Вюрцбурге перед Физико-медицинским обществом.
Это был единственный доклад такого рода. В заключение почтенный почти 80-летний
анатом
Альберт фон Кёлликер под аплодисменты собравшихся предложил в будущем
вместо «Х-лучи» говорить «рентгеновские лучи». Рентген, собственно, не возразил,
однако из скромности не присоединился к этому предложению. Название
«рентгеновские лучи» распространилась главным образом в странах немецкого
языка. В англосаксонских странах предпочитают более короткое и легче произносимое
название «Х- rays». Под влиянием господствующего учения об эфире Рентген склонялся к признанию
того, что здесь речь идет о продольных; волнах в эфире: в отличие от световых и
электрических волн, которые считались поперечными волнами. В начале 1896 года он
заметил в письме своему бывшему ассистенту: «Какова природа лучей, мне совершенно неясно, и
являются ли они в действительности продольными лучами света, для меня это
второстепенный вопрос главное факты». Природа открытых Рентгеном лучей была объяснена еще при его жизни, в 1912
году Лауэ, Фридрих и Книппинг раскрыли тайну их природы. Эти лучи оказались
электромагнитными колебаниями, как и видимый свет, но с частотой колебаний во
много тысяч
раз большей и с соответственно меньшей длиной волны. Эти лучи испускаются
твердыми телами при ударе о них потока быстрых электронов. В своем
«предварительном сообщении» Рентген доказал, что невидимые человеческому глазу
Х-лучи действуют на фотопластинку. С их помощью можно делать снимки в освещенной комнате на
фотографическую пластинку, заключенную в кассету или завернутую в бумагу. Время
экспозиции составляло при тогдашнем фотослое, который обладал малой
чувствительностью и не предназначался для особенностей рентгеновских лучей, от
3 до 10 минут, однако именно фотографическое действие новых лучей вызвало
наибольший интерес. К самым ранним, технически великолепным снимкам, которые сделал сам
Рентген, относятся буссоль, ящик из дерева с заключенными в нем разновесами и левая рука
госпожи Рентген,
сфотографированная 22 декабря 1895 года, за несколько дней до первого
сообщения.
Фотографии возбудили интерес и вскоре стали так популярны, что при чтении
докладов демонстрировались только под стеклом и в рамках, так как иначе они
бесследно исчезали. Открытие которое сделал
Рентген принесло ему всемирную известность. Их разных стран ему приходили
письма с признанием его научных заслуг. Письма приходили от Томсона, Стокса,
Пуанкаре, Больцмана и других знаменитых исследователей. Рентген опубликовал о своих
Х-лучах три небольшие статьи. За первым сообщением в конце декабря 1895 года,
собственно свидетельством о рождении рентгеновских лучей, в марте 1896 года
последовала вторая заметка, в которой прежде всего рассматривалась способность
новых лучей делать воздух и другие газы проводниками электрического тока.
Третье, и последнее, сообщение появилось годом позже, в марте 1897 года. В нем
ученый изложил свои наблюдения над рассеиванием Х-лучей в воздухе. Физики во всех институтах
бросились к приборам, чтобы повторить опыт Рентгена, ранее известный только
узкому кругу коллег профессор из маленького университета за одну ночь стал
наиболее популярным физиком, даже одно время самым знаменитым
естествоиспытателем в мире. Только в Германии в 1896 году было опубликовано в
общей сложности 50 книг и брошюр и свыше тысячи научных статей о рентгеновских
лучах. Научно – популярные статьи и газетные заметки, появившиеся во всем мире
в счет не идут. В своем открытии Рентген опирался на результаты других
исследований, и в первую очередь на теоретические исследования Гельмгольца и
экспериментальные работы Герца и Ленарда, чьи «прекрасные опыты» он с
признанием отмечал в первой статье о своем открытии. Рентген очень точно знал
эти работы, так как добросовестно и регулярно следил за физической литературой.
Его необычайная начитанность в специальных вопросах признается всеми, кто его
близко знал. Приборы, при помощи которых Рентген сделал свои открытия, были
созданы и апробированы до него другими, прежде всего Гитторфом, Круксом и
Гольдштейном. Все эти исследования уже задолго до Рентгена получали
при своих экспериментах рентгеновские лучи, не догадываясь об этом. Ленард,
который не мог не заменить их, не пытался исследовать «признаки непонятных
побочных явлений». После опубликования первого сообщения Рентгена обнаружилось,
что уже в 1890 году в одном американском институте был случайно получен
рентгеновский снимок лабораторных предметов. Физики, однако, не зная, как
исследовать это явление, не приняли его во внимание и не исследовали причины
этого странного фотографического эффекта. Открытие Рентгена принесло нечто совершенно новое, не
предвиденное ни одним физиком, и оно могло быть сразу же и непосредственно
практически использовано в области техники и медицины. Рентген первый осознал
важность своего открытия в этих направлениях. Фотоснимком руки он уже в
декабрьские дни 1895 года выявил значение новых лучей для медицинской практики.
В первом сообщении он также обратил внимание на применимость своих лучей для
проверки производственной обработки материалов. В третьем сообщении он привел в
подтверждение этого снимок двустволки с заряженным патроном; при этом были
отчетливо видны «внутренние дефекты» оружия. Довольно быстро рентгеновские лучи
получили применение в криминалистике, искусствоведении и других областях.
Быстрее всего рентгеновские лучи проникать во врачебную практику. Уже в 1896
году они стали использоваться для диагностики. Вначале новые лучи применяли
главным образом для устранения переломов. Но вскоре сфера их применения
значительно расширилась. Наряду с рентгенодиагностикой начала развиваться
рентгенотерапия. Рак, туберкулез и другие болезни отступали под действием новых
лучей. Так как вначале была неизвестна опасность рентгеновского излучения и
врачи работали без каких бы то ни было мер защиты, очень часты были лучевые
травмы. Многие физики также получили медленно заживающие раны или большие
рубцы. Сотни исследователей и техников, работавших с рентгеновскими лучами,
стали в первые десятилетия жертвами лучевой смерти. Так как поначалу лучи
применяли без проверенной опытом точной дозировки, рентгеновское облучение
нередко становилось губительным и для больных. Через четыре года после своего открытия Рентген
получает приглашение в университет Мюнхена. Перед этим он отклонил приглашение
университета в Лейпциге. В Мюнхене Рентген оставался до конца своей жизни,
несмотря на многочисленные административно-академические неприятности. Он был
директором Физического института университета и одновременно руководил
Государственным Физико-метрономическим собранием. В 1904 году Рентген отклонил
предложение возглавить Имперский физико-технический институт в Берлине. Через
семь лет он точно так же отказался от Берлинской Академии наук. В 1901 году первым из ученых мира Вильгельм Конрад
Рентген получил Нобелевскую премию по физике. Две другие Нобелевские премии за
достижение в естественных науках – по химии и медицине – также были присуждены
ученым, работавшим в Германии. Для принятия премии исследователь ездил в
Стокгольм. Нобелевская премия была вручена ему 10 декабря 1901 года. Денежная
сумма, связанная с премией, была передана Рентгеном по завещанию университету,
в стенах которого было сделано его открытие. Проценты должны были служить прогрессу
научного исследования, но из-за инфляции в 1923 году вклад обесценился. При вручении премии Рентгену, произошел необычное
событие. Рентген единственный лауреат в истории Нобелевского фонда, который
вопреки ожиданиям не читал доклада. При своей личной скромности и замкнутости
Рентген был откровенно обрадован возможности избежать произнесения перед всем
миром речи о себе и своем достижении. Он считал, что все основное о своем
открытии он исчерпывающе изложил в трех статья. Отказ Рентгена, от нобелевского
доклада послужил причине распространения слухов, утверждающих, что он будто бы
несамостоятельно сделал открытие, отмеченное Нобелевской премией, поэтому
уклоняется от обнародования его истории. Позднее такого рода клевету с особым
рвением распространял Филипп Ленард, приписывавший себе главную заслугу в
обнаружении рентгеновских лучей. Дело доходило до курьезов: подлинным
первооткрывателем Х-лучей называли даже механика Вюрцбургского института,
который якобы первым заметил свечение экрана в ночь открытия и обратил на него
внимание Рентгена. До последнего года жизни великий исследователь должен был
защищаться от подобных подозрений. В течение четверти столетия, последовавший за выходом
в свет его трех сообщений, Рентген опубликовал лишь немногие труды: в общей
сложности около семи. По его собственным словам, в обращении с пером он был «с
давних пор тяжел на подъем». Кроме того, он был сверхоснователен. Он хотел
отдавать в печать только «хорошо отточенные слова». Таким образом, список его
публикаций содержит не более 60 работ. В Мюнхене у Рентгена была городская квартира. Но с
1904 года он большую часть года жил в своем деревенском доме в Вейльгейме, в 60 километрах от города. Оттуда он ежедневно ездил в свой институт по железной дороге. В созданном им
физическом коллоквиуме он сам принимал участие лишь изредка. Специальные
заседания и собрания Общества немецких естествоиспытателей и врачей после
своего великого открытия он не посещал вообще. Этим объясняется то, что
знаменитый физик лично не был известен своим молодым коллегам вне Мюнхена. В
1920 году 75-летний ученый был освобожден от своих административных
обязанностей профессора и директора института. Руководство
Физико-метрономическим собранием оставалось за ним и он все так же регулярно
приходил в институт, где мог располагать двумя комнатами для собственных
исследований. Одним из его аспирантов, который у него защитил
диссертацию в 1905 году, с редкой оценкой «summa
cum laude» («с наивысшей похвалой»), был советский физик А.Ф.
Иоффе. В месте с ним Рентген исследовал физику кристаллов. Сам Рентген, по
словам его коллег высоко ценил сотрудничество с Иоффе. В 1920 году он
опубликовал свою последнюю работу – обширную рукопись по физике кристаллов,
которая обобщала исследования, начатые им совместно с Иоффе. По мнению Иоффе,
этот монографический труд является образцом того, что Рентген понимал под
«изложением фактов». После окончания войны знаменитый ученый остался в полном
одиночестве. Приемная дочь, племянница его жены, больше не жила у него.
Спутница его жизни, за которой он самоотверженно ухаживал во время ее
многолетней мучительной болезни, умерла в 1919 году, сам Рентген тяжело перенес
эту утрату. В 1923 году 10 февраля обессиленный истощением, умер
от рака Вильгельм Конрад Рентген. Его прах был погребен в Гисене. Следуя
указанию в завещании, распорядители сожгли все, что было найдено из оставшейся
от него переписки и неопубликованных рукописей. При этом, к сожалению, были
сожжены написанные совместно с Иоффе и неопубликованные работы, и множество
лабораторных тетрадей русского физика. Открытие Рентгена разом распахнуло перед физической
наукой двери в новый мир и одновременно поставило перед теорией совершенно
новые задачи. Наряду со своим воздействием на технику и медицину оно имело
глубочайшие теоретические последствия. Если и не каждое из последующих
достижений было непосредственно связано с ним, то все же лишь немногие великие
открытия продолжительное время оставались в стороне от рентгеновских лучей.
Создание учения об атомной оболочке и исследование решетчатой структуры
кристаллов были бы без них невозможны. Обнаружение радиоактивности было
непосредственно стимулировано первым сообщением Рентгена о его открытии. Открытие
Рентгена послужило толчком для отказа физиков от механистического представления
и природе. Механистическая картина природы еще раньше – в отдельных случаях –
подвергалась сомнению, теперь ее недостаточность выявилась со всей
очевидностью. Рентгена можно назвать совестью экспериментальной физики, он
ярчайшим образом олицетворял собой тип эмпирически работающего
естествоиспытателя, внимательного и трезвого наблюдателя природы. Сегодня
рентгеновские лучи применяют во многих отраслях науки и техники, например:
рентгеновская астрономия, рентгенография, рентгенология и т.д.
Ранее люди, чтобы объяснить то, что они не понимают, придумывали различные фантастические вещи - мифы, богов, религию, волшебных существ. И хотя в эти суеверия всё ещё верит большое количество людей, сейчас нам известно, что у всего есть своё объяснение. Одной из наиболее интересных, таинственных и удивительных тем является излучение. Что оно собой представляет? Какие его виды существуют? Что такое излучение в физике? Как оно поглощается? Можно ли защититься от излучения?
Итак, выделяют следующие виды излучений: волновое движение среды, корпускулярное и электромагнитное. Наибольшее внимание будет уделено последнему. Относительно волнового движения среды можно сказать, что оно возникает как результат механического движения определённого объекта, что вызывает последовательное разрежение или сжатие среды. В качестве примера можно привести инфразвук или ультразвук. Корпускулярное излучение - это поток атомных частиц, таких как электроны, позитроны, протоны, нейтроны, альфа, что сопровождается естественным и искусственным распадом ядер. Об этих двух пока и поговорим.
Рассмотрим солнечное излучение. Это мощный оздоровительный и профилактический фактор. Совокупность сопутствующих физиологических и биохимических реакций, что протекают при участии света, назвали фотобиологическими процессами. Они берут участие в синтезе биологически важных соединений, служат для получения информации и ориентации в пространстве (зрение), а также могут вызывать вредные последствия, как то появление вредных мутаций, разрушение витаминов, ферментов, белков.
В дальнейшем статья будет посвящена исключительно нему. Что такое излучение в физике делает, как влияет на нас? ЭМИ представляет собой электромагнитные волны, что испускаются заряженными молекулами, атомами, частицами. В качестве крупных источников могут выступать антенны или другие излучающие системы. Длина волны излучения (частота колебания) вместе с источников оказывает решающее значение. Так, в зависимости от этих параметров выделяют гамма, рентгеновское, оптическое излучение. Последнее делится на целый ряд других подвидов. Так, это инфракрасное, ультрафиолетовое, радиоизлучение, а также свет. Диапазон находится в пределах до 10 -13 . Гамма-излучение генерируют возбуждённые атомные ядра. Рентгеновские лучи можно получить при торможении ускоренных электронов, а также при их переходе не свободные уровни. Радиоволны оставляют свой след во время движения по проводникам излучающих систем (например, антенн) переменных электрических токов.
В биологическом отношении наиболее активными являются УФ-лучи. При попадании на кожу они могут вызывать местные изменения тканевых и клеточных белков. Кроме этого, фиксируется воздействие на рецепторы кожи. Оно рефлекторным путём влияет на целый организм. Поскольку это неспецифический стимулятор физиологических функций, то он оказывает благоприятное влияние на иммунную систему организма, а также на минеральный, белковый, углеводный и жировой обмен. Всё это проявляется в виде общеоздоровительного, тонизирующего и профилактического действия солнечного излучения. Следует упомянуть и об отдельных специфических свойствах, что есть у определённого диапазона волн. Так, влияние излучений на человека при длине от 320 до 400 нанометров способствует эритемно-загарному действию. При диапазоне от 275 до 320 нм фиксируются слабо бактерицидный и антирахитический эффекты. А вот ультрафиолетовое излучение от 180 до 275 нм повреждает биологическую ткань. Поэтому, следует соблюдать осторожность. Длительное прямое солнечное излучение даже в безопасном спектре может привести к выраженной эритеме с отеками кожного покрова и существенному ухудшению состояния здоровья. Вплоть до повышения вероятности развития рака кожи.
В первую очередь следует упомянуть инфракрасное излучение. На организм оно оказывает тепловое воздействие, что зависит от степени поглощения лучей кожей. Для характеристики его влияния используется слово «ожог». Видимый спектр влияет на зрительный анализатор и функциональное состояние центральной нервной системы. А посредством ЦНС и на все системы и органы человека. Следует отметить, что на нас оказывает влияние не только степень освещенности, но и цветовая гамма солнечного света, то есть, весь спектр излучения. Так, от длины волны зависит цветоощущение и оказывается влияние на нашу эмоциональную деятельность, а также функционирование различных систем организма.
Красный цвет возбуждает психику, усиливает эмоции и дарит ощущение тепла. Но он быстро утомляет, способствует напряжению мускулатуры, учащению дыхания и повышению артериального давления. Оранжевый цвет вызывает ощущение благополучия и веселья, желтый поднимает настроение и стимулирует нервную систему и зрение. Зелёный успокаивает, полезен во время бессонницы, при переутомлении, повышает общий тонус организма. Фиолетовый цвет оказывает расслабляющее влияние на психику. Голубой успокаивает нервную систему и поддерживает мышцы в тонусе.
Почему рассматривая, что такое излучение в физике, мы говорим в большей степени про ЭМИ? Дело в том, что именно его в большинстве случаев и подразумевают, когда обращаются к теме. То же корпускулярное излучение и волновое движение среды является на порядок менее масштабным и известным. Очень часто, когда говорят про виды излучений, то подразумевают исключительно те, на которые делится ЭМИ, что в корне не верно. Ведь говоря о том, что такое излучение в физике, следует уделять внимание всем аспектам. Но одновременно делается упор именно на наиболее важных моментах.
Продолжаем рассматривать электромагнитное излучение. Мы знаем, что оно собой представляет волны, что возникают при возмущении электрического или магнитного поля. Этот процесс современной физикой трактуется с точки зрения теории корпускулярно-волнового дуализма. Так признаётся, что минимальная порция ЭМИ - это квант. Но вместе с этим считается, что у него есть и частотно-волновые свойства, от которых зависят основные характеристики. Для улучшения возможностей классификации источников выделяют разные спектры излучения частот ЭМИ. Так это:
Часть из них уже была рассмотрена. Каждый спектр излучения обладает своими уникальными характеристиками.
Зависимо от своего происхождения, электромагнитные волны могут возникать в двух случаях:
Что можно сказать о первых? Искусственные источники чаще всего представляют собой побочное явление, что возникает вследствие работы различных электрических приборов и механизмов. Излучение естественного происхождения генерирует магнитное поле Земли, электропроцессы в атмосфере планеты, ядерный синтез в недрах солнца. От уровня мощности источника зависит степень напряженности электромагнитного поля. Условно, излучение, что регистрируется, разделяют на низкоуровневое и высокоуровневое. В качестве первых можно привести:
Высокоуровневым электромагнитным излучением обладают:
Отдельно выделяют специальное оборудование, что используется в медицине и испускает жесткое излучение. В качестве примера можно привести МРТ, рентгеновские аппараты и тому подобное.
В ходе многочисленных исследований ученые пришли к печальному выводу - длительное влияние ЭМИ способствует настоящему взрыву болезней. При этом многие нарушение происходят на генетическом уровне. Поэтому актуальной является защита от электромагнитного излучения. Это происходит из-за того, что ЭМИ обладает высоким уровнем биологической активности. При этом результат влияния зависит от:
Всё зависит от локализации. Поглощение излучения может быть местным или общим. В качестве примера второго случая можно привести эффект, что оказывают линии электропередачи. В качестве примера местного воздействия можно привести электромагнитные волны, что испускают электронные часы или мобильный телефон. Следует упомянуть и о термальном воздействии. За счет вибрации молекул энергия поля преобразуется в тепло. По этому принципу работают СВЧ излучатели, что используются для нагревания различных веществ. Следует отметить, что при влиянии на человека, термальный эффект всегда является негативным, и даже пагубным. Следует отметить, что мы постоянно облучаемся. На производстве, дома, перемещаясь по городу. Со временем негативный эффект только усиливается. Поэтому, все актуальнее становится защита от электромагнитного излучения.
Первоначально необходимо знать, с чем приходится иметь дело. В этом поможет специальный прибор для измерения излучения. Он позволит оценить ситуацию с безопасностью. На производстве для защиты используются поглощающие экраны. Но, увы, на использование в домашних условиях они не рассчитаны. В качестве начала можно соблюдать три рекомендации:
И завершим статью важной, хотя и довольно слабо известной в широких кругах темой - радиационным излучением. На протяжении всей своей жизни, развития и существования, человек облучался естественным природным фоном. Естественное радиационное излучение может быть условно поделено на внешнее и внутреннее облучение. К первому относятся космическое излучение, солнечная радиация, влияние земной коры и воздуха. Даже строительные материалы, из которых создаются дома и сооружения, генерируют определённый фон.
Радиационное излучение обладает значительной проникающей силой, поэтому остановить его проблематично. Так, чтобы полностью изолировать лучи, необходимо укрыться за стеной из свинца, толщиной в 80 сантиметров. Внутреннее облучение возникает в тех случаях, когда естественные радиоактивные вещества попадают внутрь организма вместе с продуктами питания, воздухом, водой. В земных недрах можно найти радон, торон, уран, торий, рубидий, радий. Все они поглощаются растениями, могут быть в воде - и при употреблении пищевых продуктов попадают в наш организм.
Ионизирующее излучение (далее - ИИ) - это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц - корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).
Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.
Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).
Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β--излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.
Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.
Нейтронное излучение - еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.
Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.
Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.
Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.
Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от - от 10 -12 до 10 -7 . Источник рентгеновских лучей - рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).
В рентгеновской трубке есть два электрода - катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины - то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение - то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.
Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.
Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).
