вина, затем через такое же время остается ровно половина от половины. Поэтому говорят о времени — периоде полураспада. У одних радионуклидов этот период очень маленький, у других больше, а у третьих он огромный. Например, протактиний-234 распадается почти моментально (за время чуть больше минуты его становится вдвое меньше), а половина всех атомов урана-238 превратится в торий-234 только за четыре с половиной миллиарда лет. Зная период полураспада данного радионуклида, можно рассчитать, как быстро он исчезнет или, по крайней мере, перестанет быть опасным для здоровья окружающих.
Кроме периода полураспада радионуклидов специалисты используют и другой показатель — число распадов в данном образце в продолжение одной секунды. Именно в данном образце, поскольку если вы удвоите образец, то число распадов в секунду станет иным (оно удвоится). Поэтому эту характеристику относят именно к конкретному источнику, к конкретному образцу. Собственно, это число распадов и называется активностью, радиоактивностью данного образца. Если происходит один распад в одну секунду, то такую единицу назвали беккерелем в честь ученого, открывшего радиоактивность. Беккерель обозначается Бк, и является единицей измерения в системе СИ (система интернациональная).
Главный вопрос, который волнует нас сейчас, в данной книге, это тот вред, который может быть нанесен человеку различными факторами, прежде всего теми, которые вызвал к жизни сам человек. Поэтому к излучениям альфа, бета и гамма следует добавить и рентгеновское, которое вызвано к жизни человеком (радиоактивные вещества, которые рассеяны в окружающей среде, рентгеновское излучение не испускают). Рентгеновское излучение испускается атомами, когда от них отрывают внешние электроны. Действие гамма и рентгеновского излучения на живой организм в принципе одинаково (конечно, с учетом дозы).
Имеется и еще один источник излучения, опасного для живого организма. Это потоки нейтронов — тех нейтронов, которые вместе с протонами образуют атомные ядра. Под действием достаточно энергичных (быстрых) нейтронов атом может терять стабильность, он возбуждается, беря на себя часть энергии нейтрона. Эта энергия со временем излучается. Поэтому материалы и ткани, которые были нерадиоактивными, после облучения потоком нейтронов сами начинают излучать, то есть становятся радиоактивными, у них возникают очаги радиоактивности, то есть облученные места. Так, высокоэнергичные («быстрые») нейтроны способны вызвать поражения живой ткани, которые в десять раз сильнее тех, которые вызываются гамма-излучением. «Медленные» нейтроны примерно вдвое менее эффективны в этом плане. Потоки нейтронов образуются во всех процессах при образовании радиоактивных веществ. Они обнаруживаются в местах ядерных взрывов и вблизи реакторов.
Рассмотрим, какие изменения в организме могут вызвать различные излучения и как от них защищаться? Говоря об этом, специалисты используют понятие дозы. Что это такое?
Все знают, что имеются дозы излучения, безопасные для организма, так же, как и опасные. Как они определяются? Во-первых, имеются различные дозы. В принципе доза — это количество энергии, переданной излучением организму. Но говорить обо всем организме как о едином целом недостаточно. Ведь при одинаковой дозе облучения различных органов последствия будут различны, поскольку одни органы в большей степени подвержены воздействию радиации, а другие — в меньшей степени. Так, при одинаковой дозе облучения человека возникновение рака легких у него более вероятно, чем рака в щитовидной железе. Или особенно опасно облучение половых желез. И не только потому, как это часто считают, что может наступить стерильность, но прежде всего потому, что в результате такого облучения имеется очень большая вероятность генетических повреждений. Поэтому надо говорить не просто о дозе, а конкретно о той дозе, которую получил данный орган. При этом надо, естественно, знать, что собой представляло это излучение — альфа-, бета- или гамма-излучение. Надо иметь в виду, что если организм получил (поглотил) одинаковую дозу каждого из этих трех излучений, то наиболее опасным является именно альфа-излучение. Оно в 20 раз опаснее других видов излучений и производит в организме наиболее серьезные разрушения, имеющие плохие последствия.
Дозу, поглощенную организмом, имеет смысл определять на единицу массы, иначе она теряет смысл. Такая доза (поглощенная доза), то есть количество энергии излучения, которое поглотилось единицей массы физического тела (например, тканями живого организма), в СИ измеряется в греях (Гр, Gy). 1 Гр =1Дж/кг. Но эта доза не учитывает тип излучения (альфа-, бета- или гамма-излучение). Если такой учет произвести, то есть привести все излучения к единому знаменателю (умножить сильнодействующие излучения на соответствующие множители), то получится эквивалентная доза. В системе СИ ее измеряют в зивертах (Зв, Sv). Эквивалентная доза в один зиверт соответствует поглощенной дозе в один грей, но только для бета- и гамма-излучений и рентгеновских лучей. Но для альфа-излучения эту величину надо умножить на 20.
Если весь организм подвергся облучению, то для объективной характеристики риска заболевания мы должны учесть то, о чем говорилось выше, а именно: различную чувствительность, а точнее, повреждаемость разных органов. Для этого надо эквивалентную дозу для каждого органа умножить на коэффициент его повреждаемости (если можно так сказать). Сложив полученные таким образом эквивалентные дозы, получим эффективную эквивалентную дозу, которая отражает весь суммарный эффект облучения (для всего организма). Эта доза также измеряется в зивертах.
Для того, чтобы понимать, о чем сообщается в прессе, по телевидению и радио, необходимо различать эти дозы. Если речь идет о беккерелях — это одно, если о греях — другое, а если о зивертах — третье. Правда, чаще вы услышите о других единицах. Так, единицу активности изотопа измеряют не только беккерелями, но и кюри (Кu, Си). Связь между ними следующая: 1Кu =3,700^1010Бк.
Единица радиоактивности в один кюри — это такое количество радиоактивного материала, в котором каждую секунду распадается 3,7^1010 атомов, или, другими словами, происходит 2,2^1012 распадов в минуту. Почему именно столько распадов названо единицей радиоактивности? Да потому, что это радиоактивность одного грамма радия, с которым работали Кюри. Радиоактивный натрий в десять миллионов раз активнее, поэтому такую же радиоактивность имеет одна десятимиллионная часть грамма радиоактивного натрия. В науке и практике используют единицы радиоактивности, которые в тысячу (милли), миллион (микро), миллиард (нано) и триллион (пико) раз меньше одного кюри. Их так и называют: милликюри (10-3 Кu), микрокюри (10-6 Кu), нанокюри (10-9 Кu) и пикокюри (10-12 Кu).
Поглощенную дозу часто измеряют не в греях, а в сотых долях грея. Такую единицу называют рад. Значит, 1 рад = 0,01 Гр. В тех случаях, когда измеряется радиоактивность электромагнитного излучения, то есть гамма-излучения или рентгеновских лучей, единицу в один рад называют одним рентгеном. Рад и рентген можно считать одним и тем же только в том случае, когда речь идет о воздействии гамма- и рентгеновского излучения на живые организмы. Используют и единицы в тысячу раз меньшие — миллирентгены. По радио вы часто слышите о дозах в столько-то миллирентген. Эта единица действительно удобна для измерения тех уровней излучений, которые часто регистрируются в окружающей среде. Ясно, что речь в данном случае идет о суммарной дозе. Для характеристики опасности излучения лучше говорить не о суммарной дозе, а о ее мощности, то есть дозе за определенный интервал времени. Поэтому говорят: «столько-то миллирентген в час».
Эквивалентную дозу измеряют часто не в зивертах, а в бэрах. 1бэр = 0,01 Зв. Указанные выше дозы характеризуют один организм (с учетом вида излучения и чувствительности каждого органа). Но на практике надо иметь и некие характеристики облучения коллективов. В этом случае поступают просто: суммируют индивидуальные эффективные эквивалентные дозы для всех членов коллектива и получают коллективную эффективную эквивалентную дозу. Она измеряется уже не в зивертах, а в человеко-зивертах (чел. — Зв). Это мы суммировали дозу по всем членам коллектива. Если же мы хотим оценить дозу, полученную коллективом за какое-то время, то надо суммировать ее не только по всем членам коллектива, но и по всему отрезку времени, который нас интересует. Можно в этот период включить все время, какое будет существовать данный источник, облучающий данный «коллектив» (из поколения в поколение). Так мы получим величину ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозы. Специалисты различают острые и хронические дозы облучения. Острые — это большие дозы облучения за короткое время (минуты или часы). Хронические дозы — это дозы облучения, которому подвергается организм на протяжении всего своего жизненного цикла. Облучение в хронических дозах не обязательно приводит к заболеваниям.
Далее рассмотрим источники радиации и последствия облучения людей. Как уже говорилось, альфа-излучение внутрь организма не проникает. Бета-излучение проникает только на один-два сантиметра вглубь тканей организма. Поэтому они могут действовать на организм повреждающе только в том случае, если попали внутрь организма с воздухом (пылью) и пищей. Естественно, что эти источники излучения специалисты называют «внутренними». Электромагнитные излучения (гамма- и рентгеновское) без труда пронизывают всю толщу организма, повреждая его. То есть они наносят вред организму, находясь вне нас. Поэтому специалисты называют эти источники «внешними». Установлено, что чем выше уровень развития организма и чем больше его сложность, тем меньшая доза излучения способна его повредить и даже привести к гибели. Ясно, что организм человека является таковым, поэтому радиоактивные излучения для него наиболее опасны. Опытным путем показано, что наибольшей чувствительностью к радиации обладают млекопитающие (в том числе и человек). Микроорганизмы находятся на другом конце шкалы чувствительности — они наиболее устойчивы по отношению к радиации. Между этими двумя крайностями находятся семенные растения, а также низшие позвоночные. Важно иметь в виду и еще одно свойство: наиболее чувствительны к облучению быстроделящиеся клетки. Именно поэтому дети намного чувствительнее к радиации, чем взрослые.