Фізика. 9 клас. Головко

§ 32. Біологічна дія радіоактивного випромінювання. Захист від випромінювань

• Біологічна дія радіоактивного випромінювання

• Дозиметри. Методи захисту від впливу радіоактивного випромінювання

• Використання радіоактивних ізотопів

БІОЛОГІЧНА ДІЯ РАДІОАКТИВНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ. Особливо небезпечні для людини радіонукліди, що потрапили всередину організму, оскільки в такому разі ні одяг, ні шкіра не виконують своїх захисних функцій. В організмі радіонукліди опромінюють різні органи й тканини.

Будь-який вид іонізуючих випромінювань спричиняє біологічні зміни в живому організмі під час як зовнішнього (джерело перебуває поза організмом), так і внутрішнього (радіоактивні речовини, тобто частинки потрапляють усередину організму з їжею, через органи дихання) опромінювання. Основний механізм біологічної дії випромінювання полягає у процесі іонізації атомів і молекул живої матерії, зокрема молекул води, що містяться в клітинах.

Як діє радіація на людину і довкілля? Радіація справді небезпечна: великі дози радіації вбивають клітини організму, зупиняють їх поділ, пригнічують низку біохімічних процесів, що перебувають в основі життєдіяльності, пошкоджують структуру ДНК і тим самим порушують генетичний код та позбавляють клітину інформації, на якій ґрунтується її життєдіяльність. Водночас малі дози радіації викликають ракові захворювання й сприяють генетичним змінам.

Біологічну дію справляє лише поглинута речовиною частина випромінювання. Тобто всі наступні ефекти взаємодії випромінювання з речовиною визначаються лише кількістю енергії, поглинутої певним об’ємом речовини, — поглинутою дозою випромінювання.

У випадку малих доз іонізуючої радіації може спостерігатися феномен відновлення структури та функцій пошкоджених клітин. Таким чином, слабкі впливи радіації на живу систему можуть викликати стимулюючий ефект її розвитку, тоді як великі — завдають значної шкоди.

Проте небезпеку становлять зовсім не ті джерела радіації, про які найбільше говорять. Радіаційний фон, пов’язаний з розвитком атомної енергетики, незначний, істотну частину опромінювання живі організми отримують від природних джерел радіації: з космосу та від радіоактивних речовин, що знаходяться в земній корі, від застосування рентгенівських променів у медицині, під час польоту на літаку, від кам’яного вугілля, яке спалюється у великих обсягах котельнями, тощо.

ДОЗИМЕТРИ. МЕТОДИ ЗАХИСТУ ВІД ВПЛИВУ РАДІОАКТИВНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ. Практично всі методи спостереження та реєстрації радіоактивних випромінювань і частинок ґрунтуються на їхній здатності йонізувати та збуджувати атоми середовища. Заряджені частинки зумовлюють ці процеси безпосередньо, а окремі частинки виявляються за іонізацією, спричиненою ними.

Прилади, що використовуються для реєстрації та дослідження радіоактивних випромінювань і частинок, поділяють на дві групи:

1) прилади, що дають змогу реєструвати проходження частинок крізь певну ділянку простору і в певних випадках визначати її характеристики, наприклад енергію (сцинтиляційні лічильники, імпульсна іонізаційна камера, газорозрядний лічильник, напівпровідниковий лічильник тощо);

2) прилади, що дають можливість спостерігати, реєструвати (наприклад, фотографувати) сліди (треки) частинок у речовині (камера Вільсона, дифузійна камера, бульбашкова камера, ядерні фотоемульсії).

Дозиметр — прилад для вимірювання потужності дози іонізуючого випромінювання довкілля, яке реєструється за певний проміжок часу

Сучасні дозиметри використовуються для екологічних досліджень довкілля, для здійснення радіометричного контролю на підприємствах, контролю радіаційного стану жител, будівель і споруд, прилеглих до них територій, предметів побуту, одягу, транспорту, поверхні ґрунту на приватних подвір’ях (рис. 32.1). Під час використання дозиметрів слід чітко дотримуватись інструкцій виробника.

Рис. 32.1. Дозиметри

Проведення вимірювань для встановлення параметрів радіаційної обстановки називається дозиметрією.

Захист від іонізуючих випромінювань може здійснюватися таким чином:

використання джерел із мінімальним випромінюванням завдяки переходу на менш активні джерела, зниження кількості ізотопу;
скорочення часу роботи з джерелом іонізуючого випромінювання;
віддалення робочого місця від джерела іонізуючого випромінювання;
екранування джерела іонізуючого випромінювання. Екрани можуть бути пересувні або стаціонарні, призначені для поглинання або послаблення іонізуючого випромінювання.
застосування індивідуальних засобів захисту органів дихання, шкірних покривів і слизових оболонок (рис. 32.2);
дозиметричний контроль зовнішнього середовища і продуктів харчування.

Рис. 32.2. Дозиметричний контроль середовища

ВИКОРИСТАННЯ РАДІОАКТИВНИХ ІЗОТОПІВ. Виявляється, що радіоактивні елементи можуть бути й корисними. Радіоактивні ізотопи широко використовуються в різних галузях науки і техніки. Зокрема, у медицині є метод «мічених атомів», застосовуваний із метою дослідження обміну речовин в організмах та діагностики багатьох захворювань. Ізотопи вводять в організм людини в малих кількостях (безпечних для здоров’я), не здатних спричинити жодних патологічних змін. За допомогою крові вони нерівномірно розподіляються по всьому організму. Випромінювання, які виникають під час розпаду ізотопу, реєструються приладами (спеціальними лічильниками частинок, фотографуванням), розташованими поблизу тіла людини. У результаті можна отримати зображення потрібного внутрішнього органу (рис. 32.3). За цим зображенням роблять висновки про розміри та форму цього органа, про підвищену або знижену концентрацію ізотопу в різних його частинах. Можна також оцінити функціональний стан внутрішніх органів за швидкістю накопичення й виведення ними радіоізотопу.

Рис. 32.3. Використання ізотопів у медицині

У медицині радіоактивні ізотопи використовуються не лише для діагностики, а й для лікування певних захворювань, наприклад, ракових пухлин, базедової хвороби тощо. Оскільки доза радіоізотопів незначна, променева дія на організм під час радіаційної діагностики та лікування не становить небезпеки для пацієнтів.

Широко застосовуються радіоактивні ізотопи й у сільському господарстві. Опромінювання насіння рослин невеликими дозами гамма-променів від радіоактивних препаратів зумовлює помітне збільшення врожайності.

Великі дози радіації спричиняють мутації в рослин і мікроорганізмів, що в окремих випадках призводить до появи мутантів із новими цікавими властивостями. γ-випромінювання радіоактивних ізотопів використовується також для боротьби зі шкідливими комахами і для консервації харчових продуктів.

Окремі радіоактивні ізотопи можна використовувати для визначення віку різних копалин (радіаційна хронометрія). Найбільш поширеним і ефективним є метод радіаційної хронометрії, що ґрунтується на радіоактивності органічних речовин, зумовленій Карбоном-14. Таким методом визначено вік єгипетських мумій, залишків доісторичних кострищ тощо.

Використання ізотопів у біології зумовило перегляд уявлень про природу фотосинтезу, а також про механізми, що забезпечують засвоєння рослинами неорганічних речовин карбонатів, нітратів, фосфатів тощо. За допомогою ізотопів вивчено переміщення популяцій у біосфері й окремих особливостей усередині певної популяції, міграції мікробів, а також деяких сполук усередині організму. Вводячи в організми з їжею або шляхом ін’єкцій мітку, вдалося вивчити швидкість і шляхи міграції багатьох комах (москітів, мух, сарани), птахів, гризунів та інших дрібних тварин й отримати дані про чисельність їх популяцій.

! Головне в цьому параграфі

Радіаційний фон — радіоактивне випромінювання від техногенних та природних джерел.

Радіація справді небезпечна: великі дози радіації вбивають клітини організму, зупиняють їх поділ, пригнічують низку біохімічних процесів, що перебувають в основі життєдіяльності, пошкоджують структуру ДНК і тим самим порушують генетичний код і позбавляють клітину інформації, на якій ґрунтується її життєдіяльність. Водночас малі дози радіації спричиняють ракові захворювання й сприяють генетичним змінам.

Радіоактивні ізотопи широко використовуються в біології, біохімії, медицині, тваринництві та рослинництві. Метод «мічених атомів» застосовують для визначення механізмів хімічних процесів у живих організмах.

? Запитання для самоперевірки

1. Якою є біологічна дія радіаційного випромінювання?
2. З якою метою й за допомогою яких приладів проводиться радіологічний контроль місцевості?
3. Які джерела радіаційного забруднення довкілля вам відомі?
4. Де застосовується метод мічених атомів?
5. З якою метою використовують ізотопи в сільському господарстві?
6. Від якого виду радіоактивного випромінювання захищають індивідуальні засоби захисту (див. рис. 32.2)?

Готуємося до виконання навчального проєкту

1. Використовуючи побутовий дозиметр-радіометр, дослідіть продукти харчування, що вживаються в їжу. Поміркуй, з якою метою на продуктовому ринку проводиться радіологічний контроль продуктів харчування.
2. За допомогою дозиметра-радіометра визначте, які з будівельних матеріалів, використовуваних у вашому регіоні, найрадіоактивніші. Поміркуйте, чи безпечні ці рівні радіації для людини.
3. Підготуйте інформацію про різні дози радіації та їхній вплив на організм людини. Знайдіть інформацію в літературі або мережі Інтернеті про значення допустимих рівнів вмісту різних радіонуклідів у харчових продуктах і питній воді.

Зміст