Биологическое действие радиоактивных излучений (статья)
Биологическое действие радиоактивных излучений (статья)
Давайте рассмотрим отрицательное воздействие радиоактивных излучений на человека и окружающую среду. Для начала вспомним, что такое радиация. Радиация - это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникают вредные и опасные факторы, воздействующие на людей. Термин «проникающая радиация» следует понимать как поражающий фактор ионизирующих излучений, возникающих, например, при взрыве атомного реактора.
Степень радиоактивных поражений зависит от дозы и времени, в течение которого человек подвергался облучению. Время, за которое распадается в среднем половина первоначального числа радиоактивных ядер, называют периодом полураспада изотопа.
Радиационная активность образца – число радиоактивных распадов в секунду; единица измерения – беккерель (Бк).
Поглощенная доза– энергия излучения, поглощенная организмом, в пересчете на единицу массы; единица измерения – грэй (Гр).
Эквивалентная доза – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, характеризующий способность данного вида излучения повреждать ткани организма; единица измерения - зиверт (Зв).
Эквивалентная доза 4-5 зиверт, полученная человеком за короткое время при полном облучении тела, может привести к смерти. Но такая же эквивалентная доза, полученная в течение всей жизни, не приводит к видимым изменениям.
Естественный радиационный фон примерно 0,1 - 0,2мкЗв/ч. Значит, среднегодовая доза облучения человека не должна превышать 1-1,5мЗв в год. Сейчас уровень радиации в 20 километровой зоне от Фукусима превышает норму в 1600 раз. Без последствий для людей такое превышение радиации не пройдет.
Излучение воздействует на человека двумя способами:
1.внешнееоблучение, если радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи;
2.внутреннееоблучение, происходит при попадании веществ внутрь организма с воздухом, пищей, водой.
Первый способ — внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй — внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания. Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.
Существуют различные источники внешнего облучения. Например, космические. Космические лучи приходят на Землю от Солнца и из глубин Вселенной. Нет такого места на Земле, куда бы не падало космическое излучение. Атмосфера Земли защищает нас от вредного для здоровья космического излучения. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем 0,3мЗв излучения в год. С ростом высоты над уровнем моря растет и уровень облучения.
Так же мы получаем радиацию от Земли – излучение радиоактивных элементов, входящих в состав земной коры. Эти радиоактивные элементы образовались вместе с образованием земной коры 3 млрд. лет назад. Со временем, вследствие распада, количество радиоактивных элементов уменьшалось, а многие практически полностью исчезли. Подсчитано, что двадцатикилометровом слое земной коры содержится 100 млн. т. Радия, 1014т. Урана и еще больше тория. А в водах мирового океана содержится около 4 млрд.т. урана. Правда уровни земной радиации неодинаковы для различных мест земного шара. Они зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает от земных источников естественной радиации, составляет примерно 0,35мЗв в год. Как мы видим это немногим больше средней дозы облучения, создаваемого космическими лучами на уровне моря.
Источники внутреннего облучения. Внутреннее облучение складывается из облучения воздуха, которым человек дышит, пищи и питья человека и его жилища, в которых присутствуют различные химические элементы, обладающие естественной радиоактивностью. Эквивалентная доза этого облучения составляет примерно 1,25 мЗв в год. Самый большой вклад в эту дозу вносит радиоактивный газ радон, являющийся продуктом распада урана и тория, содержащихся в земной коре. Содержащийся в воздухе радон, попадая при дыхании в организм человека, дает около 60% эквивалентной дозы внутреннего облучения, то есть 0,8 мЗв в год. За счет радиоактивных элементов, содержащихся в пище, воде, организм человека получает эквивалентную дозу около 0,4мЗв в год. Из них около 23% человек получает за счет радиоактивного калия – 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма.
Исследования последних лет показали, что грибы и лишайники способны накапливать в себе достаточно большие дозы радиоактивных изотопов свинца-210 и, особенно, - полония-210.
Значительный вклад в эквивалентную дозу внутреннего облучения вносит и жилище человека, так как различные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Самые распространенные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Самые распространенные строительные материалы – дерево, кирпич и бетон выделяют относительно немного радона. Но гораздо большей радиоактивностью обладают такие строительные материалы, как гранит и глинозем.
В медицине радиация используется как в диагностических, так и в лечебных целях. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат, с помощью которого проводится медицинское обследование различных органов человека. Подсчитано, что на каждую 1000 жителей в развитых странах приходится от 300 до 900 рентгеновских обследований различных органов в год – и это не считая рентгенологических обследований зубов и массовой флюорографии. Средняя эквивалентная доза, получаемая человеком от этих обследований, составляет около 20% от естественного радиационного фона, т.е. примерно 0,38 мЗв в год. Многие проблемы физиологии и медицины удалось решить с помощью радиоактивных изотопов. Так, для исследования кровообращения в кровь человека вводят радиоактивный натрий. А для исследования работы щитовидной железы человека используют радиоактивный йод. Местоположение опухолей, особенно злокачественных, определяю по γ-излучению скопления радиоактивных изотопов, специально введенных в человеческий организм. А одним из способов лечения раковых заболеваний является облучение злокачественной опухоли γ-излучением кобальта. Так же радиоактивные изотопы используют: маммограф - современная маммографическая система, с низкой дозой облучения и высокой разрешающей способностью, которая обеспечивает высококачественное изображение молочной железы необходимое для точной диагностики; компьютерная томография – метод послойного рентгенологического исследования органов и тканей. Она основана на компьютерной обработке множественных рентгеновских изображений поперечного слоя, выполненных под разными углами. компьютерный томограф; брахитерапия — не радикальная, а практически амбулаторная операция, в ходе которой в пораженный орган мы вводим титановые зерна, содержащие изотоп, который убивает опухоль насмерть.
Особенности действия радиации на живой организм:
Не ощутимо человеком;
Действие малых доз может суммироваться и накапливаться;
Действует на потомство, вызывая генетический эффект;
Разные органы имеют свою чувствительность к облучению.
Самой высокой радиопоражаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатические узлы, половые клетки. Очень восприимчив к радиации хрусталик. Его клетки погибая, становятся непрозрачными, что приводит к катаракте и полной слепоте.
В теме о радиоактивности и радиации нельзя не упомянуть ядерные взрывы и их последствия. Впервые ядерный взрыв произошел при испытании атомной бомбы, созданной в США в 1945 году. Затем 6 и 9 августа 1945г. США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. В 1949 году была создана первая атомная бомба в СССР и с тех пор до 1963г. США и СССР регулярно проводили испытания нового ядерного оружия. это привело к тому, что эквивалентная доза облучения от радиоактивного загрязнения Земли достигла 7% от естественного радиационного фона.
При ядерном взрыве часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места взрыва, а часть задерживается в тропосфере(самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу (следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км), где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. Радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов. Но основную роль в длительном облучении играют углерод-14, цезий-137,цирконий-95, стронций-90.
Биологическое действие радиации:
1.лучевая болезнь
2.рождение детей с патологиями (серьезными заболеваниями)
Физическое воздействие рентгеновского радиоактивного излучения заключается в ионизации атомов вещества. Образовавшиеся при этом свободные электроны и положительные ионы принимают участие в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, в том числе и свободные радикалы. Эти свободные радикалы через цепочку реакций, еще до конца не изученных, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.
Спустя некоторое время ученые задумались, как можно защититься от радиации. В итоге мы с вами имеем следующие методы защиты:
Защита временем: сокращение продолжительности работы в поле излучения; чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.
Защита расстоянием заключается в том, что излучение уменьшается при удалении от компактного источника. То есть если на расстоянии 1 метра от источника радиации дозиметр показывает 1000 микрорентген в час, то на расстоянии 5 метров — около 40 мкР/час, вот почему часто источники радиации так сложно обнаружить. На больших расстояниях они «не ловятся», надо чётко знать место, где искать.
Защита веществом. Необходимо стремиться к тому, чтобы между Вами и источником радиации было как можно больше вещества. Чем оно плотнее и чем его больше, тем значительнее часть радиации, которую оно может поглотить.
Вы уже знаете о суперспособностях современного учителя?
Тратить минимум сил на подготовку и проведение уроков.
Быстро и объективно проверять знания учащихся.
Сделать изучение нового материала максимально понятным.
Избавить себя от подбора заданий и их проверки после уроков.
Просмотр содержимого документа
«Биологическое действие радиоактивных излучений (статья) »
ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
Кемеровский профессионально-технический техникум
Биологическое действие радиоактивных излучений
(статья)
Подготовили: преподаватели физики
Щербунова Евгения Олеговна,
Колабина Галина Алексеевна
г. Кемерово
2014
Давайте рассмотрим отрицательное воздействие радиоактивных излучений на человека и окружающую среду. Для начала вспомним, что такое радиация. Радиация - это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникают вредные и опасные факторы, воздействующие на людей. Термин «проникающая радиация» следует понимать как поражающий фактор ионизирующих излучений, возникающих, например, при взрыве атомного реактора.
Степень радиоактивных поражений зависит от дозы и времени, в течение которого человек подвергался облучению. Время, за которое распадается в среднем половина первоначального числа радиоактивных ядер, называют периодом полураспада изотопа.
Радиационная активность образца – число радиоактивных распадов в секунду; единица измерения – беккерель (Бк).
Поглощенная доза– энергия излучения, поглощенная организмом, в пересчете на единицу массы; единица измерения – грэй (Гр).
Эквивалентная доза – поглощенная доза, умноженная на коэффициент, характеризующий способность данного вида излучения повреждать ткани организма; единица измерения - зиверт (Зв).
Эквивалентная доза 4-5 зиверт, полученная человеком за короткое время при полном облучении тела, может привести к смерти. Но такая же эквивалентная доза, полученная в течение всей жизни, не приводит к видимым изменениям.
Естественный радиационный фон примерно 0,1 - 0,2мкЗв/ч. Значит, среднегодовая доза облучения человека не должна превышать 1-1,5мЗв в год. Сейчас уровень радиации в 20 километровой зоне от Фукусима превышает норму в 1600 раз. Без последствий для людей такое превышение радиации не пройдет.
Излучение воздействует на человека двумя способами:
1.внешнееоблучение, если радиоактивные вещества находятся вне организма и облучают его снаружи;
2.внутреннееоблучение, происходит при попадании веществ внутрь организма с воздухом, пищей, водой.
Первый способ — внешнее облучение от источника, расположенного вне организма, которое в основном зависит от радиационного фона местности на которой проживает человек или от других внешних факторов. Второй — внутреннее облучение, обусловленное поступлением внутрь организма радиоактивного вещества, главным образом с продуктами питания. Внешнее и внутреннее облучения требуют различные меры предосторожности, которые должны быть приняты против опасного действия радиации.
Существуют различные источники внешнего облучения. Например, космические. Космические лучи приходят на Землю от Солнца и из глубин Вселенной. Нет такого места на Земле, куда бы не падало космическое излучение. Атмосфера Земли защищает нас от вредного для здоровья космического излучения. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем 0,3мЗв излучения в год. С ростом высоты над уровнем моря растет и уровень облучения.
Так же мы получаем радиацию от Земли – излучение радиоактивных элементов, входящих в состав земной коры. Эти радиоактивные элементы образовались вместе с образованием земной коры 3 млрд. лет назад. Со временем, вследствие распада, количество радиоактивных элементов уменьшалось, а многие практически полностью исчезли. Подсчитано, что двадцатикилометровом слое земной коры содержится 100 млн. т. Радия, 1014т. Урана и еще больше тория. А в водах мирового океана содержится около 4 млрд.т. урана. Правда уровни земной радиации неодинаковы для различных мест земного шара. Они зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Средняя эффективная доза внешнего облучения, которую человек получает от земных источников естественной радиации, составляет примерно 0,35мЗв в год. Как мы видим это немногим больше средней дозы облучения, создаваемого космическими лучами на уровне моря.
Источники внутреннего облучения. Внутреннее облучение складывается из облучения воздуха, которым человек дышит, пищи и питья человека и его жилища, в которых присутствуют различные химические элементы, обладающие естественной радиоактивностью. Эквивалентная доза этого облучения составляет примерно 1,25 мЗв в год. Самый большой вклад в эту дозу вносит радиоактивный газ радон, являющийся продуктом распада урана и тория, содержащихся в земной коре. Содержащийся в воздухе радон, попадая при дыхании в организм человека, дает около 60% эквивалентной дозы внутреннего облучения, то есть 0,8 мЗв в год. За счет радиоактивных элементов, содержащихся в пище, воде, организм человека получает эквивалентную дозу около 0,4мЗв в год. Из них около 23% человек получает за счет радиоактивного калия – 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма.
Исследования последних лет показали, что грибы и лишайники способны накапливать в себе достаточно большие дозы радиоактивных изотопов свинца-210 и, особенно, - полония-210.
Значительный вклад в эквивалентную дозу внутреннего облучения вносит и жилище человека, так как различные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Самые распространенные строительные материалы обладают различной радиоактивностью. Самые распространенные строительные материалы – дерево, кирпич и бетон выделяют относительно немного радона. Но гораздо большей радиоактивностью обладают такие строительные материалы, как гранит и глинозем.
В медицине радиация используется как в диагностических, так и в лечебных целях. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат, с помощью которого проводится медицинское обследование различных органов человека. Подсчитано, что на каждую 1000 жителей в развитых странах приходится от 300 до 900 рентгеновских обследований различных органов в год – и это не считая рентгенологических обследований зубов и массовой флюорографии. Средняя эквивалентная доза, получаемая человеком от этих обследований, составляет около 20% от естественного радиационного фона, т.е. примерно 0,38 мЗв в год. Многие проблемы физиологии и медицины удалось решить с помощью радиоактивных изотопов. Так, для исследования кровообращения в кровь человека вводят радиоактивный натрий. А для исследования работы щитовидной железы человека используют радиоактивный йод. Местоположение опухолей, особенно злокачественных, определяю по γ-излучению скопления радиоактивных изотопов, специально введенных в человеческий организм. А одним из способов лечения раковых заболеваний является облучение злокачественной опухоли γ-излучением кобальта. Так же радиоактивные изотопы используют: маммограф - современная маммографическая система, с низкой дозой облучения и высокой разрешающей способностью, которая обеспечивает высококачественное изображение молочной железы необходимое для точной диагностики; компьютерная томография – метод послойного рентгенологического исследования органов и тканей. Она основана на компьютерной обработке множественных рентгеновских изображений поперечного слоя, выполненных под разными углами. компьютерный томограф; брахитерапия — не радикальная, а практически амбулаторная операция, в ходе которой в пораженный орган мы вводим титановые зерна, содержащие изотоп, который убивает опухоль насмерть.
Особенности действия радиации на живой организм:
Не ощутимо человеком;
Действие малых доз может суммироваться и накапливаться;
Действует на потомство, вызывая генетический эффект;
Разные органы имеют свою чувствительность к облучению.
Самой высокой радиопоражаемостью отличаются клетки костного мозга, лимфатические узлы, половые клетки. Очень восприимчив к радиации хрусталик. Его клетки погибая, становятся непрозрачными, что приводит к катаракте и полной слепоте.
В теме о радиоактивности и радиации нельзя не упомянуть ядерные взрывы и их последствия. Впервые ядерный взрыв произошел при испытании атомной бомбы, созданной в США в 1945 году. Затем 6 и 9 августа 1945г. США сбросили атомные бомбы на японские города Хиросима и Нагасаки. В 1949 году была создана первая атомная бомба в СССР и с тех пор до 1963г. США и СССР регулярно проводили испытания нового ядерного оружия. это привело к тому, что эквивалентная доза облучения от радиоактивного загрязнения Земли достигла 7% от естественного радиационного фона.
При ядерном взрыве часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места взрыва, а часть задерживается в тропосфере(самом нижнем слое атмосферы), подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу (следующий слой атмосферы, лежащий на высоте 10-50 км), где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. Радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов. Но основную роль в длительном облучении играют углерод-14, цезий-137,цирконий-95, стронций-90.
Биологическое действие радиации:
1.лучевая болезнь
2.рождение детей с патологиями (серьезными заболеваниями)
Физическое воздействие рентгеновского радиоактивного излучения заключается в ионизации атомов вещества. Образовавшиеся при этом свободные электроны и положительные ионы принимают участие в сложной цепи реакций, в результате которых образуются новые молекулы, в том числе и свободные радикалы. Эти свободные радикалы через цепочку реакций, еще до конца не изученных, могут вызвать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки. Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.
Спустя некоторое время ученые задумались, как можно защититься от радиации. В итоге мы с вами имеем следующие методы защиты:
Защита временем: сокращение продолжительности работы в поле излучения; чем меньше время пребывания вблизи источника радиации, тем меньше полученная от него доза облучения.
Защита расстоянием заключается в том, что излучение уменьшается при удалении от компактного источника. То есть если на расстоянии 1 метра от источника радиации дозиметр показывает 1000 микрорентген в час, то на расстоянии 5 метров — около 40 мкР/час, вот почему часто источники радиации так сложно обнаружить. На больших расстояниях они «не ловятся», надо чётко знать место, где искать.
Защита веществом. Необходимо стремиться к тому, чтобы между Вами и источником радиации было как можно больше вещества. Чем оно плотнее и чем его больше, тем значительнее часть радиации, которую оно может поглотить.
Список источников:
Дмитриева, В.Ф. Физика: учебник для студенческих общеобразовательных учреждений среднего профессионального образования / В.Ф. Дмитриева. – 6-е издание. стереотип. – М.: Издательский центр Академия, 2005. - 280-288.
Единое окно доступа к образовательным ресурсам [Электронный ресурс]. – Режим доступа : http://window.edu.ru/window, свободный. - Загл. с экрана. - (Дата обращения: 1.12.2014).
Портал естественных наук » [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://e-science.ru/physics, свободный. - Загл. с экрана. - (Дата обращения: 1.12.2014).
