Фізика (поглиблений рівень). 9 клас. Засєкіна

§ 36. Йонізаційна й біологічного дії радіоактивного випромінювання

Ви дізнаєтесь

• У чому небезпека радіації для живого організму

Пригадайте

• Що таке йонізація
• Які характеристики α-, β- і γ-променів

Йонізація речовини при її взаємодії з радіоактивним випромінюванням. Ви неодноразово чули про небезпечний вплив радіації (терміном радіація, що в перекладі з латинської означає «випромінювання», називають радіоактивні промені). Небезпеку радіоактивних променів для живого організму дослідники виявили із самого початку відкриття радіоактивності. Так, Анрі Беккерель і Марія Склодовська-Кюрі, які вивчали властивості радіоактивних елементів, отримали сильні опіки шкіри від випромінювання радію.

У чому ж небезпека радіації та які засоби слід вживати для захисту живого організму від її негативного впливу?

Як ми вже з’ясували, радіоактивне випромінювання має досить велику енергію і його дія на речовину, зокрема й на живі організми, полягає в тому, що воно йонізує атоми й молекули цих речовин. Тому радіоактивне випромінювання ще називають йонізаційним випромінюванням.

Розрізняють безпосередньо йонізуюче й побічно йонізуюче випромінювання. Безпосередньо йонізуюче випромінювання є потоком заряджених частинок, кінетична енергія яких достатня для йонізації внаслідок зіткнення з атомами речовини. Побічно йонізуюче випромінювання є потоком незаряджених часток (наприклад, нейтронів), які можуть створювати безпосередньо йонізуюче випромінювання чи спричинювати ядерні перетворення при взаємодії з речовиною.

Йонізуюче випромінювання може бути як потоком частинок (електрони, нейтрони, α-частинки), так і електромагнітними хвилями (гамма- та рентгенівське випромінювання).

Характерною особливістю йонізаційної дії α-частинок є те, що вони мають досить значну енергію і, пролітаючи крізь речовину, поступово її втрачають, йонізуючи молекули речовини, і врешті зупиняються. У повітрі за нормальних умов α-частинки утворюють приблизно 50 000 пар йонів на 1 см шляху.

Альфа-частинки інтенсивно взаємодіють з різними речовинами й легко поглинаються ними. Наприклад, вони повністю поглинаються аркушем паперу (мал. 203, с. 166).

Найбільшу небезпеку для людей становить потрапляння α-частинок всередину організму з продуктами харчування, водою та повітрям. Ці частинки практично не виводяться з організму!

Особливістю йонізаційної дії потоку β-частинок є те, що швидкість руху β-частинок, отриманих унаслідок радіоактивного розпаду, порівнянна зі швидкістю світла. Маючи малу масу й велику швидкість руху, β-частинки мають більшу проникну здатність, ніж α-частинки (мал. 203). Вони можуть переміститись у повітрі на відстань до 15 м, у воді й біологічній тканині — до 12 мм.

При взаємодії з частинками речовини (атомними ядрами або орбітальними електронами) β-частинки можуть змінювати напрямок руху.

Вплив β-частинок на біологічну тканину є більш небезпечним у порівнянні з α-частинками, тому що β-частинки спричинюють йонізацію атомів, що призводить до порушення синтезу білка та функцій організму в цілому. Потік β-частинок діє, як правило, на верхні шари шкіри. Під час аварії на Чорнобильській АЕС у 1986 р. пожежники отримали опіки шкіри в результаті дуже сильного опромінення β-частинками. Якщо речовина, що випромінює β-частинки, потрапляє в організм, то вона може спричинити опіки внутрішніх тканин.

Взаємодія γ-променів з речовиною істотно відрізняється від взаємодії α- і β-частинок. Заряджені частинки передають свою енергію частинкам речовини внаслідок великої кількості зіткнень, а γ-промені віддають майже всю свою енергію при одноразовій взаємодії. Проте ймовірність такої взаємодії дуже низька, бо γ-промені мають набагато більшу проникну здатність у порівнянні із зарядженими частинками (мал. 203). Гамма-промені легко проникають не лише крізь тіло людини, а й крізь доволі товсті шари металу та бетону.

Мал. 203. Проникна здатність радіоактивного випромінювання

Біологічна дія радіаційного випромінювання. Будь-який вид йонізуючих випромінювань викликає біологічні зміни в живому організмі як при зовнішньому (джерело міститься поза організмом), так і при внутрішньому (радіоактивні речовини потрапляють всередину організму з їжею, через органи дихання) опроміненні. Основний механізм дії пов’язаний із процесами йонізації атомів і молекул живої матерії, зокрема молекул води, що містяться в клітинах. Саме молекули води руйнуються найбільш інтенсивно. Ці зміни можуть бути поворотними або безповоротними й спричинюють променеву хворобу.

Дія йонізуючого випромінювання на живий організм залежить від кількості енергії, що отримана організмом унаслідок йонізаціного впливу (дози опромінення). Великі дози опромінення вбивають клітини організму, зупиняють їх поділ, пригнічують ряд біохімічних процесів, що лежать в основі життєдіяльності клітин, а також пошкоджують структуру ДНК, позбавляючи клітину інформації, що лежить в основі її життєдіяльності. Тому радіоактивне опромінення використовується в медицині для пригнічення розвитку ракових пухлин. Малі дози опромінення, навпаки, спонукають деякі клітини до посилення обміну речовин і нескінченного поділу. Але потрібно запам’ятати, що безпечної для організму дози радіоактивного опромінення не існує. Будь-яке радіоактивне опромінення є шкідливим.

Захист від йонізуючого випромінювання. Для зниження загрози опромінення навколо джерел радіоактивного випромінювання розташовують біологічний захист із речовин, що добре поглинають заряджені частинки й електромагнітне випромінювання. Найпростішим методом захисту є віддалення на достатню відстань від джерел радіоактивного випромінювання. Якщо це неможливо, то для захисту використовують перешкоди з різних поглинальних матеріалів, а робота з радіаційними препаратами здійснюється за допомогою маніпуляторів. Навколо особливо потужних джерел (ядерних реакторів, прискорювачів частинок) споруджують залізобетонні стіни відповідної товщини.

Радіоактивні речовини можуть потрапити в організм під час вдихання забрудненого радіоактивними елементами повітря, із харчовими продуктами або водою. Щоб деякою мірою захистити організм від радіації, застосовують речовини-оксиданти, що належать до радіопротекторів (їх необхідно вживати до опромінення). До радіопротекторів належать бобові (горох, квасоля), фрукти (яблука, абрикоси, сливи, персики, вишні), горіхи та чай.

ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Я поміркую й зможу пояснити

• 1. Що називають йонізуючим випромінюванням?
• 2. Назвіть особливості взаємодії з речовиною α-, β- і γ-випромінювання.
• 3. За певних умов йонізуюче випромінювання може бути помічене й без приладів, лише за допомогою органів чуття людини. Коли це буває й чому?