Лекция № 4

Тема: Ядерные излучения и здоровье человека.

В конце 1895г. весь ученый мир был взволнован появившимися в печати сообщениями об открытии профессором Вюрцбургского университета Вильгельмом Конрадом Рентгеном – лучей, обладавших необычайными свойствами.

Рентгену ко времени его великого открытия было 50 лет. Он руководил физическим институтом и кафедрой физики Вюрцбургского университета. 8 ноября 1895года он, как обычно, вечером закончил эксперименты в лаборатории. Погасив свет в комнате, он заметил в темноте зеленоватое свечение, исходившее от светящегося экрана, покрытого платиносинеродистым Ва (барием). Оказалось, что находящаяся рядом разрядная трубка, закрытая светонепроницаемым чехлом, была под высоким напряжением, которое Рентген забыл выключить перед уходом. Рис.

Свечение немедленно прекращалось, как только отключали ток, и тотчас возникало при его включении. Сами катодные лучи не проникают сквозь черный чехол, и Рентгена осенила гениальная догадка о том, что при прохождении электрического тока через трубку в ней возникает новое, доселе неизвестное излучение, которое он назвал Х-лучами. Теперь уже хорошо известно, что в трубке рентгеновского аппарата под действием электрического тока разогревается катод, и начинают выскакивать электроны, говорят, что электроны «испускаются». Разогнавшись, электроны подлетают к аноду, а точнее к атомным ядрам того материала, из которого анод, резко тормозятся и их кинетическая энергия превращается в энергию фотонов (объединяет волновые свойства и корпускулярные) рентгеновских лучей. В эту ночь ученый не вернулся домой. Последние 50 суток были поглощены напряженной работой. В итоге 23 января 1896г. он выступил на заседании ученого совета, где произвел снимок руки председателя общества. За это открытие 10 декабря 1901г. Рентгену присуждена первая Нобелевская премия по физике, а лучи были названы рентгеновскими. Интересна была и реакция обывателей: новые лучи могут фотографировать души умерших, могут читать чужие мысли или с помощью лучей можно увидеть нижнее белье у актрис. Эти сообщения только подогревали интерес к лучам.

Через полгода открыто явление естественной радиоактивности. Профессор физики Анри Беккерель очень заинтересовался природой Х-лучей. И он проделал следующий опыт: Беккерель помещал на фотопластинку, завернутую в черную бумагу, различные люминесцирующие (светящиеся) материалы, выставляя их на солнечный свет, а потом проявлял фотопластинку и пытался обнаружить почернения вызванные Х-лучами, которые сопровождают процесс люминесценции (возбуждаются светом, а затем начинают излучать). И эта связь была обнаружена, когда действию солнечного света подвергли соли урана. Беккерель решил повторить удачный эксперимент, но в тот день погода была пасмурной, и пластину с солями урана он убрал в стол. Через 2 дня 1 марта 1896года – выдался солнечный день, можно было повторить опыт, но движимый интуицией, он решил проявить фотопластинку, не выставляя ее на солнце, и к удивлению обнаружил на ней очертание креста, выложенного из солей урана. Следовательно, уран, произвольно, независимо от солнечных лучей, испускает невидимые глазу «урановые лучи». Итак, появились вещества, самопроизвольно испускающие лучи по своим свойствам похожие на рентгеновские. Дальнейшая история новооткрытых лучей связана с именем молодой польской физичкой Марией Склодовской, приехавшей в Париж для завершения образования с мужем франц. физиком Пьером Кюри. Почти без средств, не имея оборудования и лаборатории, ученые работали зимой в сарае. Именно здесь они открыли полоний (в честь Польши) и затем в 1896 радий – излучения его по своей интенсивности в млн. раз превышают интенсивность излучения урана. Именно благодаря радию новое явление было названо радиоактивностью.

Далее ученым стало известно, что растения и животные способны накапливать в себе радиоактивные вещества, радиация есть везде и в морях и в океанах и в воздухе, т.е. мы живем в радиоактивном мире.

Удивительным оказалось, что повлиять на интенсивность радиоактивных лучей ученые не могли. Они и нагревали их до максимальной температуры и охлаждали до сверхнизких температур и повышали давление и помещали в вакуум и действовали на них хим. реактивами.

Но! Было замечено, что интенсивность излучения любого радиоактивного вещества самопроизвольно уменьшаются со временем по определенному закону. Для каждого радиоактивного вещества характерен период полураспада, т.е время, в течение которого интенсивность излучения падала вдвое.

Период полураспада Ra = 1620лет;

Po = 138дней; U = 4,5млрд. лет, йода – 10-14 дней

Загадкой оставалось и то, откуда берется энергия, которая излучается радиоактивными веществами.

Экскурс в химию.

Все тела окружающего нас мира – это химические соединения. Химические соединения состоят из молекул. Молекула – это наименьшая частица химического вещества, полностью сохраняющего его свойства. Молекулы состоят из атомов. Молекул очень много, а атомов немногим больше 100.

Мы должны знать, что радиоактивные атомы испускают лучи 3-х видов:

- поток заряженных маленьких частиц

поток заряженных частиц

электромагнитное (волновое излучение).

оказались потоком ядер ₂Не⁴ , которые вылетают из ядра со скоростью 15000 – 20000 км/сек, но они обладают очень малой проникающей способностью. В воздухе они могут пройти путь 2 - 9см, а в биологической ткани 0,02 – 0,06мм, они полностью поглощают листом писчей бумаги.

это электроны ₁е^-1, которые вылетают из ядер, со скоростью близкой скорости света 300000км/сек. Проникающая способность больше, чем у . В воздухе – 15м, в биол. ткани – 12мм, в Аl – 5мм.

похожи по действию на рентгеновские лучи. Проникающая способность очень большая. Чтобы ослабить их в 2 раза надо взять слой бетона толщиной 10см.

Действие радиации.

Радиоактивные частицы, пролетая через пространство, заполненное атомами или молекулами вещества, неизбежно сталкиваются с некоторыми из них. И превращают эти нейтральные атомы в заряженные, которые называются ионами.

А том⁰ – е → Атом⁺ (ион)

А том⁰ + е → Атом ^– (ион)

Так возникают пары ионов (+ и – )

На каждую пару ионов также образуются 2-3 возбужденных атома (молекулы). Что же это такое? Это нейтральные атомы, которые при столкновении с ионизированными частицами берут у них часть энергии для того, чтобы электроны с ближних от ядра орбит перескочили на более дальние. В результате такого перемещения образуются возбужденные атомы. Это состояние неустойчиво и электрон стремится вернуться на свое место. Поэтому через время происходит обратный перескок электрона на свою оболочку. При этом выделяется тот избыток энергии, который излучается в виде фотонов видимого света или в виде ультрафиолетовых или рентгеновских лучей.

Биологическое действие радиации.

Разберем на примере клетки.

В первую очередь подвергаются действию радиации крупные молекулы (белок, ДНК, РНК);

Также в клетках 60-85% содержат воду, которая под действием радиации превращаются в перекись водорода, которая очень вредная;

Белки взаимодействуют с кислородом и превращаются тоже в перекисные соединения, которые ядовиты для клетки;

Остановка клеточного деления, нарушается рост клетки и деление ДНК.

Правило Бергонье и Трибондо.

1906год франц. «Чувствительность клеток к облучению прямопропорциональна их способности к делению».

Какие же клетки часто делятся?

1. клетки эмбрионов;

2. клетки костного мозга или крови;

3. лимфатические железы;

4. зобная железа;

5. слизистая кишечника;

6. яичники и семенники.

Если рассматривать ткани органов в порядке уменьшения их чувствительности к действию излучения, то получим следующую последовательность: лимфатическая ткань, лимфатические узлы, селезенка, зобная железа, костный мозг, зародышевые клетки.

Большая чувствительность кроветворных органов к радиации лежит в основе определения характера лучевой болезни. При однократном облучении всего тела человека поглощенной дозой 0,5 Гр через сутки после облучения может резко сократиться число лимфоцитов (продолжительность жизни которых и без того незначительна - менее 1 сут.)

Исключением являются нервные клетки, которые очень чувствительны к облучению, но не делятся.

Неодинаковую радиочувствительность имеют организмы разного возраста. Чем моложе организм, тем он чувствительнее к радиации, чем сложнее организм, тем он больше поражается радиацией. В сложно построенных организмах с их тонкоскоординированными и взаимозависимыми функциями бесчисленных органов и систем намного больше и слабых звеньев, где возникают цепные реакции дезадаптации и патологии.