Как действует радиация на человека

Скажите слово «радиация» трем разным людям, и вы, вероятно, получите три разных реакции. Ваша тетя не скажет как действует радиация, но может рассказать вам как радиация излечила ее рак. Ваш сосед может вспомнить, как его учили в школе действиям во время ядерного взрыва. А ваш друг любитель комиксов объяснит, как гамма-лучи превратили Брюса Баннера в Халка.

Радиация в различных формах все время окружает нас. Иногда она опасна, иногда — нет. Она бывает естественной и искусственной. Наши тела ежедневно подвергаются воздействию естественного излучения — от почвенных и подземных газов до излучения, идущего от солнца и из космического пространства.

Мы также подвергаемся радиации от создаваемых человеком приборов — медицинских процедур, телевизоров, сотовых телефонов и микроволновых печей. Опасность радиационного излучения зависит от его силы, вида и длительности воздействия.

Что такое радиация

Большинство людей скажут вам, что радиацию обнаружила Марии Кюри вместе со своим мужем Пьером. И это так — ну, или почти так. Супруги Кюри открыли радиоактивность в 1898 году, что принесло им Нобелевскую премию. Однако, за три года до них в 1895 году ученый по имени Вильгельм Рентген впервые обнаружил рентгеновские лучи и феномен радиоактивности (термин позже был придуман Кюри, на основе латинского слова «луч»).

Вскоре после открытия Рентгена французский ученый по имени Анри Беккерель попытался выяснить, откуда взялись рентгеновские лучи, и обнаружил мощное излучение урана. Мария Кюри писала свою докторскую диссертацию, основываясь на исследованиях Беккереля, что и привело к открытию излучения радия.

Радиация — это энергия, которая распространяется в виде волн (электромагнитное излучение) или высокоскоростных частиц (собственно радиация). Причина излучения — в распаде неустойчивого (радиоактивного) атома.

Что касается электромагнитного излучения, то оно не имеет массы и распространяется волнами. ЭМ-излучение может варьироваться от очень низких до крайне высоких энергий, и мы называем этот диапазон электромагнитным спектром. В пределах ЭМ-спектра существуют два типа радиации — ионизирующая и неионизирующая.

Немного трудновато? Не волнуйтесь, мы подробно объясним это далее.

К сожалению, то самое, что дало Марии Кюри вечную жизнь в науке — в конечном счёте её убило. В конце 1890-х годов Мария и ее муж Пьер начали страдать различными недугами. Мария перенесла несколько катаракт (теперь известный побочный эффект радиации) и в конечном итоге умерла от лейкемии, вызванной облучением ее костного мозга.

Итак, вот как действует радиация на нас.

Электромагнитный спектр

Электромагнитное излучение представляет собой поток фотонов, движущихся волнообразно. Но что такое фотон? Это пучок энергии, находящийся в постоянном движении. На практике, количество энергии, которую несет фотон, заставляет его иногда вести себя как волна, а иногда — как частица. За эту двойственную природу ученые называют его волной-частицей. Фотоны с низкой энергией (например, радио) ведут себя как волны, а фотоны высоких энергий (например, рентгеновские лучи) ведут себя, скорее, как частицы.

ЭМ-излучение может проходить через пустоту. Это отличает его от других типов волн, таких как звук, которым требуется среда для перемещения. Все формы электромагнитного излучения располагаются в электромагнитном спектре. Чем выше энергия, тем сильнее и, следовательно, опаснее излучение. Единственное различие между радиоволнами и гамма-лучами — это уровень энергии фотонов. Ниже представлен обзор электромагнитного спектра.

Радио

Радиоволны — самые длинные волны электромагнитного спектра (до длины футбольного поля). Они невидимы для наших глаз. Они доставляют музыку в наши радиоприемники, звук и картинку в телевизоры и передают сигналы на наши мобильные телефоны. Волны сотового телефона самые короткие из радиоволн, но длиннее, чем микроволны.

Микроволны

Также невидимы. Мы используем микроволны, чтобы быстро разогреть пищу. Телекоммуникационные спутники с помощью микроволн передают голос на телефоны. Для микроволновой энергии туман, облака или дым не являются препятствием. Потому она так удобна для передачи информации. Некоторые микроволны используются в радарах, например, доплеровском радаре, который используют метеорологи, чтобы вы получали прогнозы погоды. Вся Вселенная наполнена слабым микроволновым фоновым излучением, которое ученые связывают с Теорией Большого Взрыва.

Инфракрасное излучение

Инфракрасная область располагается между видимой и невидимой частями ЭМ спектра. Ваш пульт дистанционного управления переключает каналы с помощью инфракрасных волн. Каждый день мы чувствуем инфракрасное излучение как солнечное тепло. Инфракрасная фотография может показывать разницу температур. Змеи способны улавливать инфракрасное излучение, и именно так они находят теплокровную добычу в полной темноте.

Видимое излучение

Это единственная часть электромагнитного спектра, которую мы можем видеть. Мы видим разные длины волн в этой полосе спектра как цвета радуги. Например, солнце является естественным источником видимых волн. Когда мы смотрим на объект, наши глаза видят цвет отраженного света, а все остальные цвета поглощаются объектом.

Ультрафиолет

Ультрафиолетовые лучи (УФ) — вот что украшает загаром нашу кожу. Люди не могут видеть УФ-лучи, но некоторые насекомые могут. Озоновый слой нашей атмосферы задерживает большую часть ультрафиолетового излучения. Однако, поскольку наш озоновый слой истощается из-за использования нами хлорфторуглеродов в аэрозолях, уровень облучения Земли ультрафиолетом неуклонно растёт. Это может привести к последствиям для здоровья, таким как рак кожи.

Рентгеновские лучи

Рентгеновские лучи — световые волны с очень высокой энергией. Больше всего мы знакомы с их использованием в медицине, но космос также пронизан естественным рентгеновским излучением. Не стоит волноваться, рентгеновские лучи не могут проникнуть из космоса на поверхность Земли.

Гамма-лучи

Гамма-лучи обладают наибольшей энергией и самой короткой длиной волны. Ядерные взрывы и атомы радиоактивных минералов генерируют эти лучи. Гамма-лучи могут убивать живые клетки, и врачи иногда используют их для уничтожения раковых клеток. В глубоком космосе вспышки гамма-излучения происходят ежедневно, но их происхождение по-прежнему остается загадкой.

Рентген для примерки обуви

Сегодня мы знаем, что чрезмерное облучение рентгеновскими лучами опасно, и операторы рентгеновских кабинетов вместе с пациентами одевают защитное снаряжение.

Однако, с 1930-х по 1950-е годы, продавцы в обувных магазинах использовали рентгеновский аппарат для примерки обуви. Хотя нет информации о пострадавших покупателях, известно о случаях заболеваний продавцов.

Одна модельерша, участвовавшая в показах модной обуви, получила такую дозу рентгеновского облучения, что ей пришлось ампутировать ногу.

Неионизирующая радиация

Существует два вида радиационного излучения: неионизирующее и ионизирующее. В электромагнитном спектре их разделяет граница между инфракрасным и ультрафиолетовым излучениями. Известны три основных типа ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Позже в этой статье мы обсудим эти типы излучения более подробно.

Неионизирующее излучение является относительно низкоэнергетическим излучением, которое не обладает достаточной энергией для ионизации атомов или молекул. Оно занимает нижний конец электромагнитного спектра. Источниками неионизирующего излучения являются линии электропередач, микроволны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет и лазеры. Хотя это излучение менее опасно, чем ионизирующее излучение, всё же чрезмерная доза неионизирующего излучения может вызвать проблемы со здоровьем. Давайте рассмотрим некоторые примеры неионизирующего излучения и связанные с ними проблемы безопасности.

Сверхнизкочастотное излучение (СНЧ)

Это излучение, создаваемое такими объектами, как линии электропередачи или электропроводка. Ведутся споры о влиянии на здоровье магнитного поля вблизи линий электропередач. Очевидно, что СНЧ излучение влияет на нас каждый день, но степень его опасности для человека зависит от мощности источника СНЧ, а также от расстояния и продолжительности воздействия. Учёные исследуют влияние СНЧ радиации на раковые заболевания и проблемы с деторождением. Пока не найдено прямой связи между СНЧ излучением и болезнью, но исследования обнаружили между ними некоторую зависимость.

Радиочастотное излучение (РИ) и микроволновое излучение (СВЧ)

В основном исходит от радиостанций, телевизоров, микроволновых печей и сотовых телефонов. Как РИ, так и СВЧ волны нарушают работу кардиостимуляторов, слуховых аппаратов и дефибрилляторов, и люди, использующие их, должны принимать соответствующие меры предосторожности.

В последние годы у многих вызывает беспокойство излучение от сотового телефона. Несмотря на отсутствие доказанной связи между использованием сотового телефона и проблемами со здоровьем, возможность такой связи не исключена. Опять-таки, всё зависит от длительности облучения. Большие количества радиочастотного излучения может нагревать ткани, что вредит коже или глазам и повышает температуру тела. Некоторые эксперты рекомендуют использовать гарнитуру или устройство громкой связи, если вы часто и подолгу используете свой сотовый телефон.

Наша кожа и глаза поглощают инфракрасное излучение (ИК) в виде тепла. Передозировка ИК-излучения может привести к ожогам и болям. Передозировка ультрафиолета более опасна, потому что, его воздействие на организм отсроченное. Тем не менее, вскоре это воздействие проявляется виде солнечного ожога или чего похуже. Мощное ультрафиолетовое облучение может вызвать рак кожи, катаракту и снижение иммунитета. Помимо солнечного света, источниками ультрафиолетового излучения являются синие лампы и сварочные аппараты.

Радиевые девушки не знали как действует радиация и поплатились жизнью

В двадцатые годы прошлого века часовая компания использовала недавно открытый радий для того, чтобы циферблат часов светился в темноте. Тысячи девушек-работниц часового завода вручную наносили светящуюся краску. Чтобы сделать тонкими концы кисточек, девушки их лизали языком.

Иногда, для развлечения, девушки наносили краску на зубы и губы и выключали свет. Хотя девушек регулярно проверяли на радиоактивность, они никогда не получали результаты этих тестов. В 1938 году работница по имени Кэтрин Донахью наконец узнала результат своего теста и подала в суд на компанию. Чтобы замять дело компания выплатила ей несколько тысяч долларов, но женщина умерла в том же году. За последующие годы погибли многие другие, но доказать причастность компании к этим смертям так и не удалось.

Ионизирующая радиация

Подобно неионизирующему излучению, ионизирующее излучение представляет собой энергию в виде частиц или волн. Однако энергия ионизирующего излучения настолько велика, что оно может разрушать химические связи, то есть он может заряжать (или ионизировать) атомы облучаемого объекта.

Небольшой поток излучения может выбить из атома пару электронов. Мощное излучение может разрушить ядро атома. Это означает, что, когда ионизирующее излучение проходит через ткани тела, его энергии достаточно для повреждения ДНК. Вот почему гамма-лучи, например, удобны для уничтожения раковых клеток посредством лучевой терапии.

Источниками ионизирующего излучения являются радиоактивные материалы, высоковольтное оборудование, ядерные реакции и звезды. Естественным источником ионизирующей радиации является радон, радиоактивный материал, добываемый из геологической породы. Рентгеновские лучи — хороший пример искусственной ионизирующей радиации.

Виды ионизирующей радиации: альфа-частицы, бета-частицы и различные лучи

Когда нестабильный атом распадается, он излучает альфа- и бета-частицы. Например, уран, радий и полоний выделяют радиоактивные альфа-частицы. Эти частицы, состоящие из протонов и нейтронов, довольно велики по размеру и могут перемещаться только на небольшое расстояние. На практике их можно остановить просто листком бумаги или вашей кожей. Однако вдыхание или проглатывание альфа-частиц может быть очень опасным. Попав внутрь организма, альфа-частицы облучают ткани.

Бета-частицы, напротив, представляют собой быстро движущиеся электроны. Они могут перемещаться дальше, и имеют проникающую способность выше, чем у альфа-частиц. Поток бета-частиц может быть остановлен или уменьшен слоем одежды или веществом, вроде алюминия. В следующий раз подумайте дважды, прежде чем смеяться над парнем в защитной шапочке из фольги! Однако некоторые бета-частицы обладают достаточной энергией, чтобы проникнуть в кожу и вызвать ожоги. Как и в случае с альфа-частицами, бета-частицы весьма опасны при вдыхании или попадании внутрь организма.

Гамма-лучи — это то же электромагнитное излучение, но из-за своей высокой энергии они способны вызывать ионизирующий эффект. Гамма-лучи часто сопровождают альфа- и бета-частицы. В отличие от альфа- и бета-частиц, они обладают чрезвычайной проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-лучи требуется несколько дюймов свинца или даже несколько футов бетона. Они представляют собой радиационную опасность для всего организма. Хотя гамма-лучи пройдут через вас насквозь, ткани организма поглотят часть излучения. Естественным источником гамма-лучей является, например, такой минерал, как калий-40. Однако это не значит, что вам надо прекратить принимать калий в витаминах. Радиоактивный изотоп калия присутствует в природе в чрезвычайно низкой концентрации, а калий необходим для хорошего здоровья.

Рентгеновские лучи по существу то же, что и гамма-лучи, но происходят из другого источника. Тогда как гамма-лучи исходят из ядра атома, рентгеновские лучи рождаются в процессах за пределами ядра. Рентгеновское излучение происходит от изменения электронной структуры атома и, в основном, создаётся искусственно. Его проникающая способность не настолько высока, как у гамма-лучей, и всего несколько миллиметров свинца могут их остановить. Вот почему вы одеваете «свинцовый фартук» в рентгеновском кабинете.

Передозировка ионизирующего излучения может вызвать мутации в генах, что вызывает врожденные дефекты, повышает риск развития рака, ожогов или лучевой болезни.

Как действует радиация: влияние

Радиация повсюду. Это часть нашей среды обитания, со времён происхождения мира. Радиация существует в атмосфере, земле, воде и даже внутри наших собственных тел. Это называется естественным фоном, и абсолютно безопасно.

Радиация влияет на ваше тело, передавая энергию вашим тканям, что может вызвать повреждение клеток. В некоторых случаях эффект от этого неощутим. В других случаях клетка может стать аномальной, а затем злокачественной. Это зависит от силы и продолжительности воздействия.

Большое количество радиации за короткое время может привести к смерти в течение нескольких дней или часов.

Частое воздействие низких доз радиации в течение длительного времени также приводит к заболеваниям, но симптомы могут проявиться через значительное время. Главный источник наших знаний о влиянии радиации на здоровье -это выжившие в атомной бомбардировке Японии, Чернобыльской аварии, а также люди, которые ежедневно работают с радиацией или получают радиацию в качестве лечения.

Мы измеряем количество радиационного облучения в единицах, называемых миллибэры. Более современной единицей измерения стал миллизиверт mSv, который надо умножить на 100, чтобы получить миллибэр.

Воздействие на организм различных доз радиации

Здесь представлена только ионизирующая радиация. Из всех типов неионизирующего излучения только ультрафиолетовые лучи могут вызывать рак.

• 10 000 mSv в виде краткосрочной дозы облучения всего тела могут вызвать немедленную болезнь и последующую смерть в течение нескольких недель.
• От 1000 до 10000 mSv  в виде краткосрочной дозы может вызвать сильную лучевую болезнь с высокой вероятностью летального исхода.
• 1000 mSv  в виде краткосрочной дозы вызывает немедленную лучевую болезнь у человека среднего телосложения, но вряд ли приведет к смерти.
• Краткосрочные дозы, превышающие 1000 mSv (100 000 бэр), получаемые в течение длительного периода времени, создают определенный риск развития рака в будущем.
• При дозах выше 100 mSv вероятность рака (а не тяжести заболевания) увеличивается.
• 50 mSv считается самой низкой дозой, которая может вызвать рак у взрослого человека. Это также самая высокая доза, законодательно разрешенная, в течение одного года профессионального облучения.
• 20 mSv / год, получаемая за пять лет, является пределом для радиологического персонала, такого как работники атомной промышленности, урановых шахт и работники больниц. Их дозу тщательно контролируют.
• 10-12 mSv в единовременной дозе получает пациент в процессе компьютерной томографии всего тела.
• 2 mSv / год является типичным фоновым излучением из природных источников, в том числе в среднем 0,7 mSv / год из радона на воздухе. Это близко к минимальной дозе, получаемой всеми людьми в любой точке Земли.
• 0,3-0,6 mSv / год представляет собой типичную дозу от искусственных источников излучения, в основном медицинских, таких как рентгенография костей, зубов и грудной клетки.
• 0,01-0,03 mSv является типичным излучением от одного полета на самолете от побережья до побережья. Однако часто летающие могут получить от 1 до 6 mSv в год.

Что делать если вы получили дозу радиации

Многие фильмы и книги пугают нас до дрожи и озноба радиационной катастрофой. Но что в них реально, а что нет? Радиация может попасть в окружающую среду несколькими способами: авария на атомной электростанции, взрыв атомной бомбы, случайная утечка из медицинского или промышленного устройства, испытания ядерного оружия или терроризм (например, грязная атомная бомба). То есть, вероятность радиационного заражения невелика.

У каждой местной администрации есть план на случай радиационной катастрофы. Во время радиационной аварийной ситуации Центр по чрезвычайным ситуациям может предложить вам оставаться в пределах жилища, а не эвакуироваться. Это потому, что стены вашего дома могут задержать часть вредного излучения.

Самая безопасная комната в доме с наименьшими окнами, например, подвал или ванная комната.

В случае радиационной аварийной ситуации, первое, что нужно выяснить — это попали ли радиоактивные материалы на ваше тело или внутрь него. Затем сделайте следующее:

• • Срочно покиньте зону заражения.
  • Снимите верхнюю одежду.
  • Поместите одежду в полиэтиленовый пакет или подальше от других людей.
  • Вымойте все открытые части вашего тела.
  • При внутреннем загрязнении может потребоваться медицинская помощь.

Медицинский персонал может определить лучевую болезнь или отравление по симптомам, анализам крови или счетчику Гейгера. В зависимости от серьезности заражения, существуют различные виды лечения. Дезактивация — это первый шаг, и это может быть все, что вам нужно. Можно рекомендовать делать анализы крови каждый год или около того, чтобы проверить симптомы дальнейшего развития болезни.

Существуют также таблетки, которые вы можете принимать, чтобы уменьшить вредное воздействие радиации. Возможно, вы слышали о людях, принимающих таблетки йодида калия в условиях ядерной аварии. Эти таблетки предотвращают концентрацию радиоактивного йода в щитовидной железе. Важно понимать, что йодид калия не защищает от прямого облучения или других радиоактивных частиц в воздухе.

Берлинская лазурь — это вид красителя, который при приёме внутрь будет связывать радиоактивные элементы, такие как цезий и таллий. Это ускорит выведение из организма радиоактивных частиц. Диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA) связывается с радиоактивными металлами плутония, америция и кюрия. Радиоактивные частицы выходят из организма в моче, также уменьшая количество поглощенного излучения.

Радиация может быть вашим другом

Прежде чем запираться в панике в убежище, знайте, что некоторая доза излучения на самом деле полезна для вашего здоровья. Например, ультрафиолетовое излучение очень важно для организма, чтобы стимулировать выработку витамина D. Солнечные ванны полезны. Но не торопитесь выбрасывать солнцезащитный крем. Эксперты говорят, что всего от 5 до 15 минут в день, три раза в неделю, более чем достаточно для вашего здоровья.

Скажите слово «радиация» трем разным людям, и вы, вероятно, получите три разных реакции. Ваша тетя не скажет как действует радиация, но может рассказать вам как радиация излечила ее рак. Ваш сосед может вспомнить, как его учили в школе действиям во время ядерного взрыва. А ваш друг любитель комиксов объяснит, как гамма-лучи превратили Брюса Баннера в Халка.

Радиация в различных формах все время окружает нас. Иногда она опасна, иногда — нет. Она бывает естественной и искусственной. Наши тела ежедневно подвергаются воздействию естественного излучения — от почвенных и подземных газов до излучения, идущего от солнца и из космического пространства.

Мы также подвергаемся радиации от создаваемых человеком приборов — медицинских процедур, телевизоров, сотовых телефонов и микроволновых печей. Опасность радиационного излучения зависит от его силы, вида и длительности воздействия.

 

КАК ПРОИСХОДИТ ИЗЛУЧЕНИЕ СВЕТА

МИР АТОМА

Рассмотрим подробнее, как устроен атом — тяжёлое, положительно заряженное ядро, вокруг которого быстро вращаются лёгкие отрицательно заряженные электроны. Быстро вращающиеся электроны должны, казалось бы, создавать вокруг себя быстро меняющиеся элек­тромагнитные силы, подобно тому как это делают в антенне колеблющиеся электрические заряды. Значит, электрон в атоме должен испускать электромагнитные излучения, только гораздо большей частоты, чем радио­волны.

Ну, что же! — подумает читатель, — это верно — ведь атомы действительно излучают свет!

Да, но ведь, излучая свет, электрон отдаёт ему свою энергию. И для того чтобы отдать, таким образом, всю свою энергию электрону, понадобились бы… миллионные доли секунды! А отдав свою энергию, электрон должен неминуемо упасть на ядро. Получается, что атом, обла­дающий таким строением, существовать не может.

В действительности же атом очень устойчив и излучает редко, хотя его ядерное строение, как показывают опыты» несомненно.

Что же происходит в атоме на самом деле? Ответ на эти вопросы даёт новая наука, возникшая в результате изучения атома, — «квантовая механика».

Вот как квантовая механика рисует движение электро­нов в атоме.

Вращаясь вокруг ядра по своей орбите, электрон ни­чего не излучает. При этом представлять себе электрон крошечной «твёрдой» частичкой неверно. Вещество элек­трона, его заряд, как бы распределяется вдоль всей ор­биты, так что ядро оказывается окружённым «электрон­ным облачком».

Электроны могут двигаться около ядра не по любым, но только по вполне определённым или, как их принято называть, «разрешённым» орбитам. Каждой разрешённой орбите соответствует вполне определённая энергия нахо­дящегося на этой орбите электрона. Поэтому электрон в атоме не может обладать любой энергией. Он может иметь только ряд вполне определённых энергий, соответствую­щих его движениям по разрешённым орбитам.

Орбиты находятся на разных расстояниях от ядра. Ближе всего к ядру расположены две орбиты. Они об­разуют первый слой электронных орбит вокруг ядра. У водородного атома радиус этих орбит чуть превышает половину стомиллионной доли сантиметра. Далее у водо­рода идут орбиты, радиус которых в 4 раза больше ра­диуса орбит первого слоя. Этих орбит насчитывается восемь.

Радиус орбит следующего третьего слоя — в 9 раз больше радиуса орбит первого слоя, четвёртого слоя — в 16 раз, пятого — в 25 раз больше и так далее.

На рисунке 15 изображены радиусы первых пятислоёв разрешённых водородных орбит при увеличении в сорок миллионов раз. Номера слоёв отмечены цифрами. Ядро должно находиться в центре орбит, но оно не видно, так как при этом увеличении его размер оказывается равным одной стотысячной доле сантиметра.

Что касается других атомов, то число орбит в каждом слое будет точно таким же, как и в атоме водорода. Ра­диус же слоёв будет зависеть от заряда ядра. Радиус пер­вого слоя какого-либо атома во столько же раз меньше радиуса первого слоя атома водорода, во сколько раз за­ряд атомного ядра превышает заряд ядра водорода. Так, радиус орбит первого слоя у гелия в два раза меньше во­дородного, натрия — в одиннадцать раз, и т. д. Для сле­дующих орбит зависимость более сложная, и на ней мы останавливаться не будем.

Всё это, конечно, не значит, что на каждой орбите имеются электроны. «Разрешённые» орбиты — это просто

Рис. 15. Радиусы первых пяти водородных орбит при увеличении в 40 миллионов раз. Сплошные стрелки показывают прыжки электрона с удалённых орбит на более близкие. Стрелки, изображённые пунк­тиром, — прыжки на удалённые орбиты («подъём»). Эти стрелки начинаются только с орбит первого слоя, с которого практически всегда начинается подъём, так как электрон почти всё время нахо­дится в первом слое.

Пути, по которым могут двигаться электроны в отличие от всех других путей, по которым движение электронов не­возможно. Каждый из имеющихся в атоме электронов будет находиться на одной из ближайших к ядру «разре­шённых» орбит. Остальные орбиты будут пустовать.

Они лишь на короткое время занимаются электронами, находящимися постоянно на ближайших к ядру орбитах.

Установлено, что энергия электрона в атоме тем больше, чем дальше от ядра находится его орбита. Точ­но так же энергия поднятого над землёй камня тем боль­ше, чем выше он поднят над поверхностью земли.

Электрон устойчиво движется по разрешённой орбите, но это не значит, что он навсегда «прикован» к ней. Элек­трон может «перепрыгивать» с одной орбиты на другую. При этом энергия его, конечно, меняется. При «прыжке» с более удалённой орбиты на более близкую энергия электрона в атоме уменьшается. Излишек энергии в этом случае и отдаётся в виде одного излучаемого фотона. Ча­стота этого фотона определяется его энергией по соотно­шению, о котором мы рассказали на стр. 27.

Значит, каждому скачку электрона в атоме с одной из удалённых орбит на более близкую соответствует своя определённая линия в спектре излучения. Измеряя частоту этой линии, мы сразу же находим и энергию фотона. Та­ким образом, мы узнаём, на сколько отличается энергия электрона, находившегося на какой-либо удалённой ор­бите, от его энергии на более близкой орбите, на которую он «перепрыгнул».

Поясним это тем же рисунком 15. На любую орбиту, принадлежащую, например, слою 3, может самопроиз­вольно «перепрыгнуть» электрон, находящийся на любой другой, более удалённой орбите, например, слоя 5. Этот скачок сопровождается излучением фотона. Энергия этого фотона равна различию в энергиях электрона на орбите пятого и третьего слоёв, а частота, как мы уже знаем, определяется энергией. Определяя частоту этой линии спектра, мы определяем энергию фотонов и узнаём, на какую величину отличается энергия электрона, когда он находится на орбите слоя <?, от энергии электрона, когда он находится на орбите слоя 5. Этот же переход с пятой на третью орбиту электрон может совершить и в два приёма. Он может перепрыгнуть раньше на орбиту слоя 4, излучив фотон, а затем отсюда перепрыгнуть на орбиту слоя 3, излучив ещё один фотон. По тому или иному пути, большим или меньшим числом прыжков, от одной разрешённой орбиты к другой, электрон в атоме водорода опустится на ближайшую разрешённую орбиту. Такой «спуск» к ядру происходит за ничтожные доли се­кунды, так что электрон почти всё время находится на ближайшей к ядру орбите.

В атомах более сложных, чем водород, электрон мо­жет опуститься и не на ближайшую орбиту, а задержать­ся на более удалённых. Дело в том, что, как было твёрдо установлено, на каждой орбите в атоме может находиться только один электрон. Значит, электрон, спускающийся на нижние орбиты, остановится на ближайшей свободной орбите. Так, например, в атоме лития три электрона. Два из них находятся на орбитах первого слоя, третий же мо­жет находиться постоянно только во втором слое. Такой атом можно возбудить, подняв электрон из второго слоя на один из более удалённых. Он вернётся во второй слой. Но атом можно возбудить, подняв во второй или более удалённый слой и один из электронов первого слоя. При этом появится свободная орбита в первом слое. На неё может опуститься либо электрон из второго слоя, либо поднятый электрон.

Так, изучая поочерёдно все линии атомного спектра, мы получаем самые точные и подробные сведения о воз­можных энергиях электрона в атоме, а значит, и о воз­можных скоростях электрона, о его расстояниях от ядра и так далее.

До сих пор мы говорили только о «скачках» электро­нов с более далёких орбит на более близкие, сопрово­ждающихся излучением фотонов. Скачки электрона в обратном направлении самопроизвольно произойти не мо­гут, — они должны сопровождаться не отдачей, а погло­щением энергии. Так, лежащий на высоте камень может скатиться вниз «без посторонней помощи». При этом он отдаёт запас своей энергии, производя разрушения по пути или обращая её в тепло.

Но подняться обратно сам по себе камень не может. Ему надо сообщить необходимую для этого энергию: бро­сить или поднять его вверх.

Для того чтобы подъём электрона мог произойти, электрон в атоме должен либо поглотить извне фотон со­ответствующей энергии, либо получить эту энергию от столкновения с каким-либо атомом, электроном или ионом.

Теперь мы можем легко понять, почему, например, светятся раскалённые газы или газы, через которые про­пускается сильный электрический ток. В результате столк­новений атомов газа между собой (в первом случае) и с летящими электронами (во втором случае) электроны в атомах, получив необходимую энергию, «перескакивают» на одну из удалённых орбит. Как принято говорить, «атом возбуждается». Затем, через очень короткий промежуток времени, электроны возвращаются на более близкие ор-

3 Г. А. Зисман биты, излучая характерный для атомов данного рода спектр.

Атомы различных элементов отличаются друг от дру­га массой, зарядом ядра, энергией электронов на разре­шённых орбитах, числом принадлежащих атому электро­нов. Ясно поэтому, что нет двух элементов, спектры кото­рых совпадали бы. Изучив спектр какого-либо элемента, мы можем с помощью спектроскопа обнаружить затем его присутствие в самых различных смесях или химиче­ских соединениях.

Можно сказать, что спектр атома — это его «паспорт». Исследуя свечение раскалённых газов в спектроскопе, можно обнаружить ничтожнейшие примеси любого эле­мента, столь малые, что никакими другими способами об­наружить их нельзя. Кроме того, такой, как говорят, «спектральный анализ» позволяет делать заключение о наличии примесей элементов в очень короткие сроки, го­раздо быстрее, чем это можно сделать любым другим путём.

Поэтому спектральный анализ имеет большое значе­ние в науке и технике и в ряде случаев незаменим.

Ещё в прошлом веке были учёные, утверждавшие, что люди никогда не узнают, из чего состоят звёзды. Но вот был открыт спектральный анализ, позволяющий делать это так же уверенно, как если бы звёзды находились «в наших руках». Больше того, инертный газ гелий был впер­вые открыт на Солнце!

На этом примере мы ещё раз убеждаемся в том, что нет границ для нашего познания.

Возможность движения электрона только по разрешён­ным орбитам делает атом устойчивым, сообщает ему «твёрдость».

Вот атом получил удар от соседнего атома или элек­трона. Он начинает двигаться. Но если энергия, передан­ная ему при ударе, меньше энергии, необходимой для воз­буждения атома, то-есть для подъёма одного из электро­нов на ближайшую свободную удалённую орбиту, то все электроны останутся на своих орбитах.

Совсем иначе вёл бы себя атом, если бы любые пути для электрона были возможны. Самый лёгкий толчок, хотя незначительно, но менял бы орбиты электронов. Атом был бы «мягким», то-есть легко менял бы своё строение от любого слабого толчка.

В действительности атом не меняет своего строения до тех пор, пока не получит достаточно сильного удара. Сла­бые удары «не оставляют на нём следов». Атом ведёт себя, как твёрдая частичка.

Таким образом, существование разграниченного ряда разрешённых орбит обеспечивает «твёрдость» атома.

Насколько «твёрд», казалось бы, очень хрупкий атом, можно видеть из того, что при обычных температурах атомы газа, сталкиваясь, не возбуждаются. А вы помни­те, как велики скорости движения частичек газа.

Представьте себе столкновение двух стальных ядер, несущихся навстречу друг другу со скоростью в несколько сотен метров в секунду. Что будет с ними после удара? Они разобьются вдребезги! Атомы с их тончайшей элек­тронной оболочкой оказываются «крепче» стальных ядер! Поэтому представление о газе как о множестве твёрдых частичек, вплоть до значительных температур газа, пра­вильно.

Однако при дальнейшем повышении температуры ско­рость частичек настолько увеличивается, что энергии, пе­редаваемой ими друг другу при столкновении, становится достаточно для возбуждения. Возбудившиеся частички отдают приобретённый ими излишек энергии в виде фото­нов — газ начинает светиться.

Так происходит в газе превращение тепловой энергии в световую. Точно так же происходит превращение элек­трической энергии в световую, когда через газ проходит электрический ток; только в этом случае возбуждение атомов производится ударами быстрых электронов.

Рыло время, когда говорили, что физика — это техника » завтрашнего дня. Теперь это неверно. Физика — это не только наука, изучающая мир, — это основа техники сегодняшнего дня. Раскрывая …

Обстреливая ядра нейтронами, быстрыми протонами, дейтронами, гелиевыми ядрами, можно осуществить множество ядерных превращений. При этом получаются не только атомы известных устойчивых изотопов, но и но­вые, неустойчивые, то-есть радиоактивные атомы. На …

Советский учёный Д. В. Скобельцын изучал с по­мощью камеры Вильсона приходящие на З’емлю из глу­бин мирового пространства «космические лучи». Камера была помещена между полюсами больших магнитов. Про­летавшие сквозь неё сверху …

применение в медицине и в жизни, источники, свойства, кем и когда открыто :: SYL.ru

Вы окружены электромагнитными волнами. Они везде! От света, который вы можете видеть, до ультрафиолета, проходящего через ваше окно от солнца. Даже если бы вы попробовали, вы не смогли бы избежать волн. Но опять же, зачем вам это нужно? Зачем чего-то избегать, если это можно применять? Что такое видимое излучение, кем и когда открыто? Как оно воздействует и где применяется?

Световые волны

Термин «световые волны» может использоваться по-разному разными людьми. Физики склонны небрежно использовать его на одном уровне с электромагнитными. Итак, в чем разница? Электромагнитные волны (или электромагнитное излучение) представляют собой волны, создаваемые колебательными магнитными и электрическими полями, и включают радиоволны, микроволны, инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Как и все волны, они несут энергию, и эта энергия может быть очень высокой интенсивности (например, электромагнитные волны, которые мы получаем от солнца).

При взгляде на спектр видимого света синим концом электромагнитного спектра является высокая частота, высокая энергия и короткая длина волны. Красный конец электромагнитного спектра представляет собой низкочастотную, малую энергию и большую длину волны. Свет — это лишь часть электромагнитного спектра, часть, которую могут видеть наши глаза. Каковы сферы применения видимого излучения, кроме той, которая позволяет человеку видеть все вокруг?

Различные типы световых волн

Радиоволны находятся на красном конце электромагнитного спектра. Красный конец также является наименьшей энергией, самой низкой частотой и самой большой длиной волны. Радиоволны в основном используются в коммуникациях, для передачи сигналов от одного места к другому. Радиостанции используют радиоволны, как и сотовые телефоны, телевизоры и беспроводные сети. Из-за большой длины волны радиоволн они могут отскочить от ионосферы Земли, позволяя радиостанциям передавать свои радиопередачи на большие расстояния, не находясь в прямой видимости всех своих слушателей.

Микроволны являются ближайшими к красному концу спектра. Вероятно, вы можете догадаться, что микроволны используются в наших кухонных микроволновках для приготовления пищи. Они имеют достаточно высокую энергию, чтобы увеличить движение молекул в вашей пище, не ионизируя атомы. Это важно, потому что это означает, что пища будет только нагреваться, – ее химический состав останется прежним.

Инфракрасный имеет длину волны немного больше, чем наши глаза могут обнаружить. Тело человека имеет температуру, которая производит излучение в этой части спектра, и поэтому инфракрасные детекторы могут использоваться как камеры ночного видения. ИК-порт также используется пультом дистанционного управления для отправки сигналов на телевизоры и другое аудио- или видеооборудование.

Видимый свет – это часть электромагнитного спектра, который наши глаза могут обнаружить, и та часть, с которой мы больше всего знакомы в нашей повседневной жизни. Он считается находящимся в «середине» электромагнитного спектра, хотя это довольно произвольно.

Ультрафиолет (часто сокращается до УФ) направляется в синюю сторону электромагнитного спектра, который является высокоэнергетической и более короткой волновой стороной. Ультрафиолетовое излучение слишком короткое в длине волны, чтобы наши глаза могли его обнаружить. УФ-волны являются достаточно высокой энергией, поэтому они способны ионизировать атомы, разрушая молекулярные связи и даже молекулы ДНК. По этой причине УФ вызывает солнечный ожог и даже рак кожи. Большинство вредных ультрафиолетовых волн Солнца поглощается атмосферой (особенно азотом) и озоновым слоем, но достаточно большая его часть попадает на землю. Поэтому стоит быть осторожными и использовать солнцезащитный крем и солнечные очки.

Рентгеновское излучение имеет очень высокую энергию и подобно УФ может ионизировать атомы в теле и наносить урон. Однако на правильных длинах волн и в правильных количествах их можно использовать безопасно, не повреждая ткани тела, чтобы создать, например, снимки грудной клетки. Также рентгеновские телескопы полезны при исследовании астрофизики.

Что такое видимый свет и как его можно использовать?

Каково применение видимого излучения? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно сначала дать определение этому термину. Видимый свет – это электромагнитное излучение, вызванное фотонами, поражающими поверхность и поглощаемыми электронами материала, при этом излучается цвет, который имеет наименьшую скорость поглощения. Например, огнетушители красные, потому что частицы краски поглощают зеленую частоту лучше, чем красную.

340-750 нм – длина волны видимого спектра. Благодаря этим знаниям можно создавать диоды, которые излучают свет на определенных частотах. Одним из применений видимого света является светофор. Видимый свет – любая электромагнитная волна (или фотон как квантовый эквивалент), которая лежит в области синего и красного цветов спектра. Он имеет множество применений. Видимый свет используется как источник света, который можно увидеть человеческим глазом. Это лазеры, свободная космическая связь, оружие, сигнализация, освещение.

Он также используется в качестве сигнатурной эмиссии некоторых атомных и химических реакций, позволяя идентифицировать присутствие различных материалов, поэтому используется в судебной экспертизе и медицине. Видимый свет – это электромагнитное излучение в диапазоне частот от 430 до 770 ТГц, соответствующее длинам волн от 390 до 700 нм. Это диапазон электромагнитного излучения, который может быть получен глазами животных и человека. Эволюция, вероятно, оборудовала животных органом для получения этого диапазона излучения. Видимый свет представляет собой максимальную интенсивность солнечного излучения, и он довольно коротковолновой. Также он не повреждает живые клетки, в отличие от, например, УФ, рентгеновских или гамма-лучей.

Видимый свет – это электромагнитная волна

Обычно наблюдаемый свет представляет собой комбинацию различных цветных световых волн. Эти разные цвета света обусловлены разными частотами света. Видимый свет имеет много применений в оптике, материаловедении, конденсированном веществе, лазерных науках, разных отраслях промышленности, которые используют этот свет для экспериментов и каждый день. Примерами являются экраны проекторов, лазерный луч, используемый в шоу, или указатель, камера и так далее.

Свет – это часть электромагнитного спектра, к которому чувствительны наши глаза. Главное применение видимого света – это способность видеть вещи своими глазами. Излучение спектра передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр. Этот спектр классически разделен на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Наши глаза могут обнаружить только крошечную часть электромагнитного спектра, называемую видимым светом.

Так работают лампочки: электрический ток нагревает ламповую нить примерно до 3000 градусов, и она светится горячим светом. Поверхность Солнца составляет около 5600 градусов и выделяет много света. Белый свет фактически состоит из целого ряда цветов, смешанных друг с другом. Это можно увидеть, если пропустить белый свет через стеклянную призму. Компакт-диски считываются лазерным излучением. Лазеры используются в компакт-дисках и DVD-плеерах, где свет отражается от крошечных ямок на диске, при этом происходит преобразование в звук или данные. Лазеры также используются в лазерных принтерах и в системах прицеливания самолетов.

Опасности видимого света

Видимые световые волны – единственные электромагнитные волны, которые может увидеть человеческий глаз. Люди видят их как цвета радуги, каждый из которых имеет свою длину волны. Красный имеет самую длинную, а фиолетовый – самую короткую. Когда все волны видны вместе, они создают белый свет. Конусы в глазах являются приемниками для этих крошечных волн видимого света. Солнце является естественным источником видимых световых волн, и глаза видят отражение этого солнечного света от окружающих объектов. Цвет объекта, который видит человек, это цвет отраженного света. Все остальные цвета поглощаются.

Слишком большое излучение может повредить сетчатку глаза. Это может произойти, если вы посмотрите на что-то очень яркое, например на Солнце. Хотя повреждение можно вылечить, но если воздействие видимого излучения является сильным и постоянным, это может иметь необратимые последствия.

Видимое излучение: источники, свойства, применение

Лампочки – еще один источник видимых световых волн. А еще лазеры. Кто их открыл? Альберт Эйнштейн (1917) предложил механизм стимулированного излучения – принцип действия лазера. Открытие спонтанного излучения Эйнштейна (процесс, происходящий в атомах) побудило его развить идею стимуляции светодиодов. В 1950-х годах исследователи предложили конструкции для устройства, которое стимулировало бы излучение для усиления света. Первый лазер был построен Теодором М. Майманом В 1960 году.

Как производится лазер?

Искусственный процесс включает в себя следующее:

• Источник энергии.
• Активная среда.
• Оптическая полость.

Активная среда поглощает энергию из источника, сохраняет ее и высвобождает ее как свет. Что-то из этого света запускает другие атомы, чтобы высвободить их энергию, поэтому к запущенному добавляется еще больше света. Зеркала в конце оптической полости отражают свет обратно в активную среду, и процесс начинается снова, заставляя свет усиливаться и вызывая его часть в виде узкого луча – лазера. Для увеличения светового излучения в возбужденном состоянии должно быть больше атомов, чем было изначально. Это называется инверсией данных. Это состояние не происходит при нормальных условиях. Поэтому этому процессу должны помочь искусственные технологии, а не природа.

Лекарственное средство

Применение видимого излучения в медицине – это обычное дело. Лазеры используются в микрохирургических процедурах, таких как выполнение небольших точных разрезов, операций на печени и капиллярной хирургии, что приводит к небольшой потере крови. Лазеры также используются в офтальмологии (удаление катаракты и коррекция зрения), дерматологии (удаление татуировок и шрамов), стоматологии (очищение полости), онкологии (лечение рака кожи).

Какой можно привести пример применения видимого излучения в медицине? Светотерапия также используется для облегчения сезонного аффективного расстройства, регулирует ваши внутренние биологические часы (суточные ритмы) и влияет на настроение. Терапевтическое применение света и цвета также исследуется во многих больницах и исследовательских центрах по всему миру. Результаты пока показывают, что полный спектр, ультрафиолетовый, цветной и лазерный свет могут иметь терапевтическое значение для ряда условий – от хронической боли и депрессии до иммунных расстройств.

Видимое излучение: кем и когда открыто?

Первым объяснил возникновение спектра (этот термин был употреблен впервые в 1671 году) видимого излучения Исаак Ньютон в своем труде «Оптика» и Иоганн Гете в своей работе «Теория цветов». Что такое видимое излучение? Кем и когда открыто? Также похожими исследованиями занимался Роджер Бэкон, который наблюдал за спектром в стакане воды задолго до Ньютона и Гете.

Применение в жизни видимого излучения дает возможность видеть что-либо вообще. Свет движется, как волна, отскакивая от объектов, чтобы люди могли их видеть. Без этого все были бы в полной темноте. Но в физике свет может относиться к любой электромагнитной волне: радиоволнам, микроволнам, инфракрасному, видимому, ультрафиолетовому, рентгеновскому излучению или гамма-лучам.

Лучевая болезнь — Википедия

Лучева́я боле́знь^[1][2] — заболевание, возникающее в результате воздействия различных видов ионизирующих излучений и характеризующееся симптоматикой, зависящей от вида поражающего излучения, его дозы, локализации источника излучения, распределения дозы во времени и теле живого существа (например, человека).

У человека лучевая болезнь может быть обусловлена внешним облучением или внутренним — при попадании радиоактивных веществ в организм с вдыхаемым воздухом, через желудочно-кишечный тракт или через кожу и слизистые оболочки, а также в результате инъекции.

Общие клинические проявления лучевой болезни зависят, главным образом, от полученной суммарной дозы радиации. В зависимости от степени облучения за единицу времени развивается либо острая лучевая болезнь (большие дозы за короткий промежуток времени), либо хроническая (небольшие дозы в течение длительного периода времени либо дробно, вследствие накопления эффекта воздействия радиации в клетках).

Острая лучевая болезнь (ОЛБ) — развивается в результате относительно равномерного облучения в дозе более 1 Гр (100 рад) в течение короткого промежутка времени.

Дозы до 1 Гр (100 рад) вызывают относительно лёгкие изменения, которые могут рассматриваться как состояние предболезни. Дозы свыше 1 Гр вызывают костно-мозговую или кишечную формы острой лучевой болезни различной степени тяжести, которые зависят, главным образом, от поражения органов кроветворения. Дозы однократного облучения свыше 10 Гр считаются абсолютно смертельными.

Хроническая лучевая болезнь (далее ХЛБ) — развивается в результате длительного непрерывного или фракционированного облучения организма в дозах 0,1—0,5 Гр/сут при суммарной дозе, превышающей 0,7—1 Гр. ХЛБ при внешнем облучении представляет собой сложный клинический синдром с вовлечением ряда органов и систем, периодичность течения которого связана с динамикой формирования лучевой нагрузки, т. е. с продолжением или прекращением облучения. Своеобразие ХЛБ состоит в том, что в активно пролиферирующих тканях, благодаря интенсивным процессам клеточного обновления, длительное время сохраняется возможность морфологического восстановления тканевой организации. В то же время такие стабильные системы, как нервная, сердечно-сосудистая и эндокринная, отвечают на хроническое лучевое воздействие сложным комплексом функциональных реакций и крайне медленным нарастанием незначительных дистрофических изменений.

Хроническая лучевая болезнь впервые была изучена и диагностирована в 1950-х годах у работников ПО «Маяк» и жителей прибрежных населённых пунктов реки Теча^[3].

Хроническая лучевая болезнь вследствие равномерного внешнего облучения[править | править код]

Заболевание обычно развивается через 2—5 лет от начала облучения. Клинико-морфологические проявления развиваются медленно и постепенно прогрессируют. При суммарной дозе до 1,0—1,5 Гр заболевание не развивается, при облучении в дозе от 1,0—1,5 до 4—5 Гр возникают лёгкие и среднетяжёлые формы болезни. Суммарная доза более 4—5 Гр ассоциирована с тяжёлым течением заболевания. По степени тяжести различают (1) лёгкую, (2) среднетяжёлую и (3) тяжелую формы хронической лучевой болезни.

Выделяют три стадии заболевания:

1. Период формирования болезни. Основными синдромами хронической лучевой болезни являются кожный (дистрофические изменения кожи, выпадение волос), неврологический, гематологический (апластическая анемия и геморрагические проявления). Характерна гипофункция половых желёз.
2. Восстановительный период.
3. Период отдалённых осложнений и последствий.

Некоторые авторы добавляют к этим стадиям начальную, характеризующуюся функциональными нарушениями головного мозга.

Лёгкая форма протекает с незначительными изменениями костного мозга и других органов, выздоровление обычно наступает через 7—8 недель после прекращения облучения. При форме средней тяжести ведущим является геморрагический синдром (чаще кровоизлияния обнаруживаются на коже живота, груди и внутренней поверхности бёдер), гипопластическая анемия, а также атрофические изменения кожи и слизистых оболочек, особенно носоглотки и верхних дыхательных путей. Заболевание протекает длительно, годами, обострения провоцируют неспецифические факторы (инфекция, переутомление). Полное выздоровление после прекращения облучения обычно не наступает. При тяжёлой форме болезни основное значение имеет костномозговой синдром (апластическая анемия), заболевание отличается неуклонно прогрессирующим течением и завершается смертью в результате геморрагических или инфекционных осложнений.

Отдалённые последствия облучения — соматические и стохастические эффекты, проявляющиеся через длительное время (несколько месяцев или лет) после одноразового или в результате хронического облучения.

Включают в себя:

• изменения в половой системе;

• иммунные болезни;

Принято различать два типа отдаленных последствий — соматические, развивающиеся у самих облучённых индивидуумов, и генетические — наследственные заболевания, развивающиеся в потомстве облучённых родителей.

К соматическим отдалённым последствиям относят прежде всего сокращение продолжительности жизни, злокачественные новообразования и катаракту. Кроме того, отдалённые последствия облучения отмечают в коже, соединительной ткани, кровеносных сосудах почек и лёгких в виде уплотнений и атрофии облучённых участков, потери эластичности и других морфофункциональных нарушениях, приводящих к фиброзам и склерозу, развивающимся вследствие комплекса процессов, включающих уменьшение числа клеток, и дисфункцию фибробластов.

Деление на соматические и генетические последствия весьма условно, так как характер повреждения зависит от того, какие клетки подверглись облучению, т. е. в каких клетках это повреждение возникло — в соматических или зародышевых. В обоих случаях повреждается генетический аппарат, а следовательно, и возникшие повреждения могут наследоваться. В первом случае они наследуются в пределах тканей данного организма, объединяясь в понятие соматического мутагенеза, а во втором — также в виде различных мутаций, но в потомстве облучённых особей.

После действия излучения на организм в зависимости от дозы могут возникнуть детерминированные и стохастические радиобиологические эффекты. В отличие от детерминированных стохастические эффекты не имеют четкого дозового порога проявления. С увеличением дозы облучения возрастает лишь частота проявления этих эффектов. Диагностика лучевой болезни основывается главным образом на данных исследования крови. Из гематологических показателей после облучения наиболее надежным является резкое уменьшение числа лейкоцитов, особенно лимфоцитов^[4].

1. ↑ Гуськова А.К., Краевский Н.А, Лебедев Б.И., Гембицкий Е.В., Голодец Р.Г. Лучевая болезнь // Большая медицинская энциклопедия : в 30 т. / гл. ред. Б.В. Петровский. — 3 изд. — Москва : Советская энциклопедия, 1980. — Т. 13. Ленин и здравоохранение — Мединал. — С. 297-304. — 552 с. — 150 500 экз.
2. ↑ Синицын В.Е., Лысенко Н.П. Лучевая болезнь / председ. Ю.С. Осипов и др., отв. ред. С.Л. Кравец. — Большая Российская Энциклопедия (в 30 т.). — Москва: Научное издательство «Большая российская энциклопедия», 2011. — Т. 18. Ломоносов — Манизер. — С. 165-166. — 766 с. — 60 000 экз. — ISBN 978-5-85270-351-4.
3. ↑ Аклеев А. В., Подтёсов Г. Н. и др. Челябинская область: ликвидация последствий радиационных аварий. // Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство. — 2006 г. — 344 с., с ил. ISBN 5-7688-0954-6.
4. ↑ Б.В.Уша и др. Внутренние болезни животных. — М.: КолосС, 2010. — 311 с.

• Гуськова А. К., Краевский H. А., Лебедев Б. И., Гембицкий Е. В., Голодец Р. Г. Лучевая болезнь // Большая медицинская энциклопедия, 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия. — Т. 13.
• Лучевая болезнь // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Романцев Е. Ф. и др. — Молекулярные механизмы лучевой болезни. М., «Медицина», 1984.
• Киреев П. М., Лучевая болезнь, М., 1960.
• Гуськова А. К., Байсоголов Б. Д., Лучевая болезнь человека (Очерки), 1971.
• Москалев Ю. И. Отдаленные последствия ионизирующих излучений — М.,»Медицина», 1991
• И. Я. Василенко. Биологическое действие продуктов ядерного деления. Отдаленные последствия поражений. Радиобиология. — М., 1993.
• И. Я. Василенко, О. И. Василенко. Биологическое действие продуктов ядерного деления. М., Бином, 2011, 384 с.
• Ю. Г. Григорьев. Отдаленные последствия биологического действия электромагнитных полей. Рад. биол. Радиоэк. 2000, 40, № 2, 217
• Куценко С. А. Военная токсикология, радиобиология, и медицинская защита. — Санкт-Петербург: Фолиант, 2004. — С. 528. — ISBN 5-93929-082-5.
• Надеждина Н. М. Отдаленные последствия острой лучевой болезни // Медицинская радиология и радиационная безопасность. — 2009. — Т. 48, № 3. — С. 17-27.
• Василенко И. Я. Токсикология продуктов ядерного деления. — Москва: Медицина, 1999. — 200 с. — 1000 экз. — ISBN 5-225-04468-9.
• Артамонова В. Г., Мухин Н. А. Профессиональные болезни. — 4 переработанное и дополненное. — Москва: Медицина, 2004. — 480 с. — 3000 экз. — ISBN 5-225-04789-0.
• Буртовая Е. Ю., Кантина Т. Э., Белова М. В., Аклеев А. В. Когнитивные нарушения у лиц, подвергшихся радиационному воздействию в период пренатального развития // Научная статья, ФГБУН «Уральский научно-практический центр радиационной медицины ФМБА России», Челябинск / Журнал неврологии и психиатрии им. С. С. Корсакова. 2015. 115 с. (илл. 4). С. 20-23.

Ионизирующее излучение, последствия для здоровья и защитные меры

Что такое ионизирующее излучение? 

Ионизирующее излучение — это вид энергии, высвобождаемой атомами в форме электромагнитных волн (гамма- или рентгеновское излучение) или частиц (нейтроны, бета или альфа). Спонтанный распад атомов называется радиоактивностью, а избыток возникающей при этом энергии является формой ионизирующего излучения. Нестабильные элементы, образующиеся при распаде и испускающие ионизирующее излучение, называются радионуклидами.

Все радионуклиды уникальным образом идентифицируются по виду испускаемого ими излучения, энергии излучения и периоду полураспада.

Активность, используемая в качестве показателя количества присутствующего радионуклида, выражается в единицах, называемых беккерелями (Бк): один беккерель — это один акт распада в секунду. Период полураспада — это время, необходимое для того, чтобы активность радионуклида в результате распада уменьшилась наполовину от его первоначальной величины. Период полураспада радиоактивного элемента — это время, в течение которого происходит распад половины его атомов. Оно может находиться в диапазоне от долей секунды до миллионов лет (например, период полураспада йода-131 составляет 8 дней, а период полураспада углерода-14 — 5730 лет).

Источники излучения

Люди каждый день подвергаются воздействию естественного и искусственного излучения. Естественное излучение происходит из многочисленных источников, включая более 60 естественным образом возникающих радиоактивных веществ в почве, воде и воздухе. Радон, естественным образом возникающий газ, образуется из горных пород, почвы и является главным источником естественного излучения. Ежедневно люди вдыхают и поглощают радионуклиды из воздуха, пищи и воды.

Люди подвергаются также воздействию естественного излучения из космических лучей, особенно на большой высоте. В среднем 80% ежегодной дозы, которую человек получает от фонового излучения, это естественно возникающие наземные и космические источники излучения. Уровни такого излучения варьируются в разных реогрфических зонах, и в некоторых районах уровень может быть в 200 раз выше, чем глобальная средняя величина.

На человека воздействует также излучение из искусственных источников — от производства ядерной энергии до медицинского использования радиационной диагностики или лечения. Сегодня самыми распространенными искусственными источниками ионизирующего излучения являются медицинские аппараты, как рентгеновские аппараты, и другие медицинские устройства.

Воздействие ионизирующего излучения

Воздействие излучения может быть внутренним или внешним и может происходить различными путями.

Внутренне воздействие ионизирующего излучения происходит, когда радионуклиды вдыхаются, поглощаются или иным образом попадают в кровообращение (например, в результате инъекции, ранения). Внутреннее воздействие прекращается, когда радионуклид выводится из организма либо самопроизвольно (с экскрементами), либо в результате лечения.

Внешнее радиоактивное заражение может возникнуть, когда радиоактивный материал в воздухе (пыль, жидкость, аэрозоли) оседает на кожу или одежду. Такой радиоактивный материал часто можно удалить с тела простым мытьем.

Воздействие ионизирующего излучения может также произойти в результате внешнего излучения из соответствующего внешнего источника (например, такое как воздействие радиации, излучаемой медицинским рентгеновским оборудованием). Внешнее облучение прекращается в том случае, когда источник излучения закрыт, или когда человек выходит за пределы поля излучения.

Люди могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения в различных обстоятельствах: дома или в общественных местах (облучение в общественных местах), на своих рабочих местах (облучение на рабочем месте) или в медицинских учреждениях (пациенты, лица, осуществляющие уход, и добровольцы).

Воздействие ионизирующего излучения можно классифицировать по трем случаям воздействия.

Первый случай — это запланированное воздействие, которое обусловлено преднамеренным использованием и работой источников излучения в конкретных целях, например, в случае медицинского использования излучения для диагностики или лечения пациентов, или использование излучения в промышленности или в целях научных исследований.

Второй случай — это существующие источники воздействия, когда воздействие излучения уже существует и в случае которого необходимо принять соответствующие меры контроля, например, воздействие радона в жилых домах или на рабочих местах или воздействие фонового естественного излучения в условиях окружающей среды.

Последний случай — это воздействие в чрезвычайных ситуациях, обусловленных неожиданными событиями, предполагающими принятие оперативных мер, например, в случае ядерных происшествий или злоумышленных действий.

На медицинское использование излучения приходится 98% всей дозы облучения из всех искусственных источников; оно составляет 20% от общего воздействия на население.  Ежегодно в мире проводится 3 600 миллионов радиологических обследований в целях диагностики, 37 миллионов процедур с использованием ядерных материалов и 7,5 миллиона процедур радиотерапии в лечебных целях.

Последствия ионизирующего излучения для здоровья

Радиационное повреждение тканей и/или органов зависит от полученной дозы облучения или поглощенной дозы, которая выражается в грэях (Гр).

Эффективная доза используется для измерения ионизирующего излучения с точки зрения его потенциала причинить вред. Зиверт (Зв) — единица эффективной дозы, в которой учитывается вид излучения и чувствительность ткани и органов. Она дает возможность измерить ионизирующее излучение с точки зрения потенциала нанесения вреда. Зв учитывает вид радиации и чувствительность органов и тканей. 

Зв является очень большой единицей, поэтому более практично использовать меньшие единицы, такие как миллизиверт (мЗв) или микрозиверт (мкЗв). В одном мЗв содержится тысяча мкЗв, а тысяча мЗв составляют один Зв. Помимо количества радиации (дозы), часто полезно показать скорость выделения этой дозы, например мкЗв/час или мЗв/год. 

Выше определенных пороговых значений облучение может нарушить функционирование тканей и/или органов и может вызвать острые реакции, такие как покраснение кожи, выпадение волос, радиационные ожоги или острый лучевой синдром. Эти реакции являются более сильными при более высоких дозах и более высокой мощности дозы. Например, пороговая доза острого лучевого синдрома составляет приблизительно 1 Зв (1000 мЗв).

Если доза является низкой и/или воздействует длительный период времени (низкая мощность дозы), обусловленный этим риск существенно снижается, поскольку в этом случае увеличивается вероятность восстановления поврежденных тканей. Тем не менее риск долгосрочных последствий, таких как рак, который может проявиться через годы и даже десятилетия, существует. Воздействия этого типа проявляются не всегда, однако их вероятность пропорциональна дозе облучения. Этот риск выше в случае детей и подростков, так как они намного более чувствительны к воздействию радиации, чем взрослые.

Эпидемиологические исследования в группах населения, подвергшихся облучению, например людей, выживших после взрыва атомной бомбы, или пациентов радиотерапии, показали значительное увеличение вероятности рака при дозах выше 100 мЗв. В ряде случаев более поздние эпидемиологические исследования на людях, которые подвергались воздействию в детском возрасте в медицинских целях (КТ в детском возрасте), позволяют сделать вывод о том, что вероятность рака может повышаться даже при более низких дозах (в диапазоне 50-100 мЗв).

Дородовое воздействие ионизирующего излучения может вызвать повреждение мозга плода при сильной дозе, превышающей 100 мЗв между 8 и 15 неделей беременности и 200 мЗв между 16 и 25 неделей беременности. Исследования на людях показали, что до 8 недели или после 25 недели беременности связанный с облучением риск для развития мозга плода отсутствует. Эпидемиологические исследования свидетельствуют о том, что риск развития рака у плода после воздействия облучения аналогичен риску после воздействия облучения в раннем детском возрасте.

Деятельность ВОЗ

ВОЗ разработала радиационную программу защиты пациентов, работников и общественности от опасности воздействия радиации на здоровье в планируемых, существующих и чрезвычайных случаях воздействия. Эта программа, которая сосредоточена на аспектах общественного здравоохранения, охватывает деятельность, связанную с оценкой риска облучения, его устранением и информированием о нем.

В соответствии с основной функцией, касающейся «установления норм и стандартов, содействия в их соблюдении и соответствующего контроля» ВОЗ сотрудничает с 7 другими международными организациями в целях пересмотра и обновления международных стандартов базовой безопасности, связанной с радиацией (СББ). ВОЗ приняла новые международные СББ в 2012 году и в настоящее время проводит работу по оказанию поддержки в осуществлении СББ в своих государствах-членах.

 

что это, его виды, признаки, последствия

Опасность радиации

Радиоактивное излучение является мощным воздействием на человеческий организм, способным вызвать необратимые процессы, ведущие к трагическим последствиям. В зависимости от мощности различные виды радиоактивных излучений могут вызвать тяжелые заболевания, а могут, наоборот, лечить человека. Некоторые из них используются в диагностических целях. Другими словами, все зависит от контролируемости процесса, т.е. его интенсивности и продолжительности воздействия на биологические ткани.

Сущность явления

В общем случае под понятием радиация подразумевается высвобождение частиц и их распространение в виде волн. Радиоактивность подразумевает самопроизвольный распад ядер атомов некоторых веществ с появлением потока заряженных частиц большой мощности. Вещества, способные на такое явление, получили название радионуклидов.

Так что такое радиоактивное излучение? Обычно под этим термином отмечаются как радиоактивные, так и радиационные излучения. По своей сути, это направленный поток элементарных частиц значительной мощности, вызывающих ионизацию любой среды, попадающей на их пути: воздух, жидкости, металлы, минералы и другие вещества, а также биологические ткани. Ионизация любого материала ведет к изменению его структуры и основных свойств. Биологические ткани, в т.ч. человеческого организма, подвергаются изменениям, которые не совместимы с их жизнедеятельностью.

Различные типы радиоактивного излучения имеют разную проникающую и ионизирующую способность. Поражающие свойства зависят от следующих основных характеристик радионуклеидов: вид радиации, мощность потока, период полураспада. Ионизирующая способность оценивается по удельному показателю: количеству ионов ионизируемого вещества, формируемых на расстоянии в 10 мм по пути проникновения излучения.

Негативное воздействие на человека

Радиационное облучение человека приводит к структурным изменениям в тканях организма. В результате ионизации в них появляются свободные радикалы, которые представляют собой активные в химическом плане молекулы, поражающие и убивающие клетки. Первыми и наиболее сильно страдают желудочно-кишечная, мочеполовая и кроветворная системы. Появляются выраженные симптомы их дисфункции: тошнота и рвота, повышенная температура, нарушение стула.

Достаточно типичной является лучевая катаракта, вызванная воздействием излучения на глазные ткани. Наблюдаются и другие серьезные последствия радиационного облучения: сосудистый склероз, резкое снижение иммунитета, гематогенные проблемы. Особую опасность представляет повреждение генетического механизма. Возникающие активные радикалы способны изменить структуру главного носителя генетической информации — ДНК. Такие нарушения могут приводить к непрогнозируемым мутациям, отражающимся на следующих поколениях.

Степень поражения человеческого организма зависит от того, какие виды радиоактивного излучения имели место, какова интенсивность и индивидуальная восприимчивость организма. Главный показатель — доза облучения, показывающая, какое количество радиации проникло в организм. Установлено, что разовая большая доза значительно опаснее, чем накопление такой дозы при длительном облучении маломощным излучением. Поглощенное организмом количество радиации измеряется в эйвертах (Эв).

Любая жизненная среда имеет определенный уровень радиации. Нормальным считается радиационный фон не выше 0,18-0,2 мЭв/ч или 20 микрорентгенов. Критический уровень, ведущий к летальному исходу, оценивается в 5,5-6,5 Эв.

Разновидности излучения

Как отмечалось, радиоактивное излучение и его виды могут по-разному воздействовать на человеческий организм. Можно выделить следующие основные разновидности радиации.

Альфа-излучение

Излучения корпускулярного типа, представляющие собой потоки частиц:

1. Альфа-излучение. Это поток, составленный из альфа-частиц, имеющих огромную ионизирующую способность, но глубина проникновения небольшая. Даже листок плотной бумаги способен остановить такие частицы. Одежда человека достаточно эффективно исполняет роль защиты.
2. Бета-излучение обусловлено потоком бета-частиц, летящих со скоростью, близкой к скорости света. Из-за огромной скорости эти частицы имеют повышенную проникающую способность, но ионизирующие возможности у них ниже, чем в предыдущем варианте. В качестве экрана от данного излучения могут служить оконные окна или металлический лист толщиной 8-10 мм. Для человека оно очень опасно при прямом попадании на кожу.
3. Нейтронное излучение состоит из нейтронов и обладает наибольшим поражающим воздействием. Достаточная защита от них обеспечивается материалами, в структуре которых есть водород: вода, парафин, полиэтилен и т.п.

Волновое излучение, представляющее собой лучевое распространение энергии:

1. Гамма-излучение является, по своей сути, электромагнитным полем, создающимся при радиоактивных превращениях в атомах. Волны испускаются в виде квантов, импульсами. Излучение имеет очень высокую проницаемость, но низкую ионизирующую способность. Для защиты от таких лучей нужны экраны из тяжелых металлов.
2. Рентгеновское излучение, или Х-лучи. Эти квантовые лучи во многом аналогичны гамма-излучению, но проникающие возможности несколько занижены. Такой тип волны вырабатывается в вакуумных рентгеновских установках за счет удара электронами о специальную мишень. Общеизвестно диагностическое назначение данного излучения. Однако следует помнить, что продолжительное действие его способно нанести человеческому организму серьезный вред.

Как может облучиться человек

Человек получает радиоактивное облучение при условии проникновения радиации в его организм. Оно может происходить 2 способами: внешнее и внутреннее воздействие. В первом случае источник радиоактивного излучения находится снаружи, а человек по разным причинам попадает в поле его деятельности без надлежащей защиты. Внутреннее воздействие осуществляется при проникновении радионуклида внутрь организма. Это может произойти при употреблении облученных продуктов или жидкостей, с пылью и газами, при дыхании зараженным воздухом и т.д.

Радиоактивные изотопы

Внешние источники радиации можно подразделить на 3 категории:

1. Естественные источники: тяжелые химические элементы и радиоактивные изотопы.
2. Искусственные источники: технические устройства, обеспечивающие излучение при соответствующих ядерных реакциях.
3. Наведенная радиация: различные среды после воздействия на них интенсивного ионизирующего излучения сами становятся источником радиации.

К наиболее опасным объектам в части возможного радиационного облучения можно отнести следующие источники радиации:

1. Производства, связанные с добычей, переработкой, обогащением радионуклидов, изготовлением ядерного топлива для реакторов, в частности урановая промышленность.
2. Ядерные реакторы любого типа, в т.ч. на электростанциях и кораблях.
3. Радиохимические предприятия, занимающиеся регенерацией ядерного топлива.
4. Места хранения (захоронения) отходов радиоактивных веществ, а также предприятия по их переработке.
5. При использовании радиационных излучений в разных отраслях: медицина, геология, сельское хозяйство, промышленность и т.п.
6. Испытание ядерного оружия, ядерные взрывы в мирных целях.

Проявление поражения организма

Лучевая болезнь

Характеристика радиоактивных излучений играет решающую роль в степени поражения человеческого организма. В результате воздействия развивается лучевая болезнь, которая может иметь 2 направления: соматическое и генетическое поражение. По времени проявления выделяется ранний и отдаленный эффект.

Ранний эффект выявляет характерные симптомы в период от 1 часа до 2 месяцев. Типичными считаются такие признаки: кожная краснота и шелушение, мутность глазного хрусталика, нарушение кроветворного процесса. Крайний вариант при большой дозе облучения — летальный исход. Локальное поражение характеризуются такими признаками, как лучевой ожог кожного покрова и слизистой оболочки.

Отдаленные проявления выявляются через 3-5 месяцев, а то и через несколько лет. В этом случае отмечаются устойчивые кожные поражения, злокачественные опухоли различной локализации, резкое ухудшение иммунитета, изменение состава крови (значительное снижение уровня эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов и нейтрофилов). В результате этого часто развиваются различные инфекционные болезни, существенно снижается продолжительность жизни.

Для предотвращения облучения человека ионизирующим излучением применяются различные виды защиты, которые зависят от типа радиации. Кроме того, регламентируются жесткие нормы по максимальной продолжительности пребывания человека в зоне облучения, минимальному расстоянию до источника радиации, использованию индивидуальных средств защиты и установке защитных экранов.

Радиоактивное излучение способно оказывать сильное разрушительное воздействие на все ткани человеческого организма. В то же время оно используется и при лечении различных болезней. Все зависит от дозы облучения, получаемой человеком в разовом или длительном режиме. Только неукоснительное соблюдение норм радиационной защиты поможет сохранить здоровье, даже если находиться в пределах действия радиационного источника.

Автор статьи: Беспалова Ирина Леонидовна

Врач-пульмонолог, Терапевт, Кардиолог, Врач функциональной диагностики. Врач высшей категории. Опыт работы: 9 лет. Закончила Хабаровский государственный мединститут, клиническая ординатура по специальности «терапия». Занимаюсь диагностикой, лечением и профилактикой заболеваний внутренних органов, также провожу профосмотры. Лечу заболевания органов дыхания, желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой системы.

Беспалова Ирина Леонидовна опубликовала статей: 449

Тепловое излучение

Тепловое излучение (лучеиспускание) представляет собой передачу тепловой энергии, представленную электромагнитными волнами, от одного тела к иному. Она возникает за счет внутренней энергии данного тела. При этом длина волн колеблется от 0,74 до 1000 микрометров. Волны, которые имеют определенную длину, поглощаются телом и затем проходят через атмосферу. Интересно то, что лучеиспускание может происходить не только в определенной среде, но и в вакууме. Данный процесс выделяет тепло – единицу энергии.

Тепловое излучение можно происходить вследствие химических или ядерных реакций, электромагнитного рассеивания, а также при механическом воздействии на предмет. При этом энергия, которая выделяется, может передаваться путем касания, то есть взаимодействия между предметами с высокой и низкой температурами, а также путем переноса при помощи жидкостей или газов, либо излучения (передача тепла от источника к материи). Последний способ является достаточно продуктивным для получения тепла. Тепловые лучи переносят энергию и, когда они попадают на предмет, данная энергия поглощается — и предметы нагреваются. Когда два объекта с различными температурами соприкасаются между собой, образуется поток тепла, который прекращается, когда температуры тел сравниваются. Таким образом, возникает тепловое излучение. Данный процесс может происходить в природе, например, в атмосфере, и искусственным путем, например, в лампе накаливания.

Следует отметить, что каждое тело воспроизводит беспрерывное излучение и поглощает излучения иных тел. В том случае, когда присутствует тепловое равновесие, для каждого объекта поток излучаемого и поглощаемого излучений будет одинаковым. В этом случае можно говорить об отсутствии теплообменных процессов между элементами. Когда температура одного элемента выше, чем у иного, первый будет излучать тепловую энергию в большей степени, чем поглощать ее от другого тела. Здесь можно говорить о наличии теплообмена между элементами.

Рассмотрим, что собою представляет тепловое излучение и его характеристики.

Известно, что элементы, которые нагреты до высокой температуры, светятся. Данное явление именуется тепловым излучением. Совершается оно путем движения молекул вещества, имеющего температуру выше нуля. Так, при высокой температуре излучается короткие видимые волны, при низких – длинные инфракрасные.

Рассмотрим данное явление на примере. Так, жилые помещения в большинстве случаев обогреваются электрическими излучателями тепла. При этом красное свечение спиралей и является тепловым видимым излучением. А инфракрасное излучение несет тепло, которым и обогревается данное помещение.

Тепловое излучение — это вид излучения, являющийся равновесным, то есть не изменяющим макроскопических параметров. Все иные виды излучений являются неравновесными.

Сущность всех лучей одинаковая. Она представлена в виде распространяющихся электромагнитных волн в пространстве. Тепловая энергия образуется в результате выработки внутренней энергии нагретого элемента. При этом количество подобного рода энергии зависит от температуры и физических свойств тела, которое ее излучает.

Тепловое излучение играет важную роль в природных процессах и жизнедеятельности человека. Солнце является самым сильным тепловым излучателем. При этом интенсивность теплового излучения составляет приблизительно 1,3 Вт/м2.

Таким образом, при термодинамическом равновесии все элементы системы имеют одинаковую температуру. Энергия теплового излучения, которая исходит от каждого тела, компенсируется за счет энергии, которая поглощается данным телом. Такой процесс называется равновесным тепловым излучением.