Среди изобилия различных излучений, наряду с рентгеновским лучом расположились весьма короткие волны – гамма лучи. Обладая той же природой, что и свет, может набирать скорость до 300 тысяч километров в секунду. Учитывая особые свойства, данные частицы оказывают пагубное воздействие на все живые организмы, а именно – травмирующее, отравляющее. Именно поэтому важно узнать, как и чем можно защитить себя от подобного облучения.
Особенности лучей
Гамма-излучения является наиболее опасным по сравнению с бета, альфа-частицами, поэтому нужна прочная и надежная защита. Гамма-излучение имеет особые источники – космические лучи, распад ядерных атомов, а также их взаимодействие. Частота гамма-излучения больше 3·10 18 Гц.
Облучение имеет искусственные, естественные источники.
Гамма-излучение приходит из глубин космоса, рождается на земле, поэтому оказывает опасное ионизирующее влияние на человеческий организм. Что касается дозы гамма-излучения, то она зависит от многих факторов.
Не стоит забывать об особой закономерности, которая гласит, чем меньше длина волны гамма излучения, тем выше энергия у дозы, эквивалента. Именно поэтому можно смело говорить, что гамма-излучение – это некий поток квантовый, обладающий очень большой энергией.
Гамма-излучение имеет разрушающее воздействие, заключающееся в следующем:
- За счет высокой проникающей способности, единицы облучения с легкостью проникают в клетки и живые организмы, провоцируя поражение, сильное отравление.
- В процессе движения поток частиц оставляет поврежденные ионы, молекулы, которые начинают ионизировать новые дозы молекул.
- Подобная клеточная трансформация становится причиной огромных изменений в структуре. Что касается разрушенных, изменившихся частей клеток, получивших дозы облучения, начинается отравление за счет яда.
- Завершающий этап – рождение новых, дефектных клеток, неспособных выполнять собственные функции, так как мощность поражения слишком велика.
Гамма-излучение несет особую опасность, которая усугубляется тем, что человек неспособен самостоятельно почувствовать всю мощность воздействия радиоактивной волны. Подобное явление происходит вплоть до смертельной дозы.
Каждый человеческий орган имеет определенную чувствительность к влиянию радиационной волны, которую дает гамма-излучение. Особая уязвимость наблюдается у делящихся кровеносных клеток, лимфатических желез и ЖКТ, ДНК и фолликул волосяных. Поток гамма частиц способен разрушить слаженность всех процессов, которые действуют в живом организме. Гамма-излучение приводит к серьезной мутации, которая затрагивает генетический механизм. Важно знать, что гамма-излучение, любой дозы, может скапливаться, а затем начать действовать.
Сила облучения
Что касается единицы амбиентного экивалента дозы, то это особая биологическая доза нейтронного излучения гамма частиц. Эквивалентной считается нормируемая величина ущерба, который наносит гамма-излучение. К огромному сожалению, ее невозможно измерить, поэтому в практике принято использовать особые величины дозиметрические, которые можно приблизит к нормируемым. Основная величина – амбиентный эквивалент дозы.
Эквивалент амбиентный – это эквивалент дозы, созданный в фантоме шаровом на определенной глубине от поверхности, учитывая отношение к диаметру, который направлен параллельно излучению. Эквивалент рассматривают в поле излучения, идентичное флюенсу, распределению энергетическому и составу. Подобный эквивалент способен выявить дозировку облучения, его мощность, которую может получить человек. Единица такого эквивалента – зиверт. Следует отметить, что единица измерения коллективной дозировки считается человеко-зиверт, если же единица внесистемная, то человеко-бэр.
Интенсивность, мощность подобного облучения показывает приращение дозы под влиянием излучения за конкретную единицу времени. Размерность дозировки принято делить на единицу времени. Можно использовать разные единицы – 3в/час, м3в/год и прочее. Простыми словами, мощность эквивалентной дозы можно характеризовать дозировкой, которая была получена благодаря единице времени.
Мощность измеряют разнообразными приборами, у которых имеются химические системы, камеры ионизационные, а также те камеры, которые содержат люминесцирующее вещество. Мощность измеряется на высоте одного метра от поверхности земли.
Защитные мероприятия
Гамма-излучение и его источники являются чрезвычайно опасными для человеческого организма. Жизнь человека протекает на фоне природных электромагнитных излучений, имеющих разную длину волны и частоту. Несмотря на всплески, подобный вред минимален для людей, так как в качестве защиты выступает огромное расстояние, отделяющее источники радиации о всего живого.
Совсем другое – это источники земные. Например, наибольшую опасность несут такие источники, как АЭС: контуры технологические, реакторы и прочее. Подобные рукотворные источники способны натворить беды и причинить печальные последствия, поэтому важно знать о мерах защиты от волны радиации гамма частиц. Защита от гамма излучения организовывается в обучении персонала, имеющего отношение к такому источнику.
Основные мероприятия:
- Защита временем и расстоянием.
- Использование барьера, особого материала, имеющего большую плотность – сталь, бетон и свинец, стекло свинцовое.
Лучшая сила поглощения облучения у свинца.
Ослабит силу лучей вдвое можно так: воспользоваться свинцовой пластинкой, толщина которой составляет 1 сантиметр, воды – не менее 10 см, а бетона – 5 сантиметров. Однако данную преграду нельзя называть непреодолимой. Свинец не выдерживает высокой температуры, поэтому для горячих областей нужны другие металлы: тантал и вольфрам.
Чтобы сделать защитную одежду для персонала, необходимо применить специальный материал. Основой послужит каучук, пластик или же резина. Можно задействовать экраны противорадиационные. Гамма облучение признано самым опасным, поэтому в качестве укрытия может послужить подвал дома. Укрытие будет надежнее, когда толстые стены. Подвал, расположенный в многоэтажках, снижает воздействие и силу радиации в тысячу раз.
После открытия материалов, способных к самопроизвольному излучению элементарных частиц (радиоизлучению в результате распада), началось изучение их свойств. Активное участие в поиске новых и систематизации уже существующих знаний в физике принимали знаменитые супруги Кюри, а также Именно ему первому удалось открыть гамма-лучи. Поставленный им эксперимент был простым и, одновременно, гениальным.
В качестве источника излучения был взят радий. В толстостенной свинцовой емкости проделывалось узкое отверстие. На дне получившегося канала размещался радий. На небольшом удалении от емкости перпендикулярно оси отверстия был расположен фоточувствительный элемент - пластина. В промежутке между ней и емкостью с специальная установка могла генерировать магнитное поле высокой интенсивности, линии напряженности которого были ориентированы параллельно фоточувствительной пластине. Все элементы, кроме генератора поля, находились в безвоздушной среде, чтобы исключить воздействие атомов воздуха на результат эксперимента. Если бы Резерфорд проигнорировал этот момент, то гамма-лучи мог бы открыть кто-то другой.
При отсутствии магнитного воздействия на пластине возникало темное пятно, свидетельствующее о прямолинейном распространении излучения (все остальные направления попросту отсекались стенками свинцовой емкости). Но стоило появиться как на фоточувствительном элементе системы возникали сразу три пятна. Это означало, что некие частицы, излучаемые радием, отклоняются полем. Резерфорд предположил, что луч состоит как минимум из трех компонентов. Характер отклонения указывал на то, что частицы двух лучей обладают электрическим зарядом, а третий луч электронейтрален. Причем, отрицательная составляющая исходного излучения отклонялась гораздо выраженнее, чем положительная. Электронейтральная составляющая - это и есть гамма-лучи. Компонент с отрицательным зарядом получил название бета-лучей, а последний, положительный заряд - альфа-луч.
Кроме того, что они вели себя по-разному в магнитном поле, лучи обладали различными свойствами. Гамма-лучи способны проникать в материю на довольно большие расстояния. Так, свинцовая пластина толщиной в 1 см уменьшает их интенсивность всего в два раза. Альфа-луч может быть остановлен даже тонким листом бумаги. А вот бета-излучение занимает промежуточное положение: остановить поток можно металлом толщиной в несколько миллиметров.
Впоследствии выяснилось, что:
- бета-луч представляет собой поток отрицательно заряженных частиц (электронов), перемещающихся с высокой скоростью;
- альфа-луч - это ядра гелия, очень устойчивое образование;
- гамма-луч - одна из разновидностей Спектр излучения полностью линейчатый, так как излучающее ядро характеризуется дискретными энергетическими состояниями. Представляют в виде уровней распределения энергии излученных квантов. Термин «гамма-излучение» все чаще применяется не только для описания процессов но и, вообще, для любого жесткого излучения электромагнитной природы в котором каждому кванту соответствует энергия не менее 10 кэВ. Источником данного вида излучения являются электроны в структуре возбужденных атомов. Излишек энергии переводит электроны на более высокие Оттуда они возвращаются к прежнему состоянию, выделяя излучение в виде рентгена или света (электромагнитные волны). Спектр электромагнитного излучения в случае гамма-лучей чрезвычайно мал и составляет не более 5*0,001 нм из-за чего отчетливее проявляются свойства частиц, а не волн.
> Гамма-излучение
Рассмотрите мощность, источники и измерение гамма-излучения . Узнайте, что такое гамма-распад, высокая частота электромагнитных лучей, диапазон длины волны.
Гамма-лучи – электромагнитные волны, формирующиеся в радиоактивном распаде с частотами больше 10 19 Гц.
Задача обучения
- Выяснить диапазон гамма-лучей, отметив биологическое влияние.
Основные пункты
- Это наивысшее электромагнитное излучение с энергией больше 100 кэВ, частотой – 10 19 Гц и длиной волн – 10 пикометров.
- Гамма-лучи при радиоактивном распаде определяются этой категорией, не основываясь на энергии, поэтому нет нижнего предела.
- По характеристикам совпадают с рентгеновскими лучами, но отличаются источником происхождения.
- Среди природных источников: радиоизотопы и космические лучи.
- Это ионизирующая разновидность, поэтому несет биологическую опасность.
Термины
- Гамма-лучи – высокочастотное электромагнитное излучение, созданное при радиоактивности.
- Гамма-распад – ядерная реакция с производством гамма-лучей.
- Ионизирующее излучение – может привести к ионизации в веществах.
Гамма-излучение
Гамма-излучение - электромагнитные лучи на высокой частоте и энергии. Обычно показатели превышают 10 эксагерц (10 19 Гц), по энергии – 100кэВ, а длине волны – 10 пикометров (меньше диаметра атома). Гамма-лучи в радиоактивном распаде входят в эту категорию, не зависимо от энергии, поэтому нижнего предела не существует.
Излучение гамма-лучей (γ) из атомного ядра
Речь идет об ионизирующих лучах, поэтому они несут биологическую угрозу. Создаются распадом высокоэнергетических атомных ядер (гамма-распад) и прочими процессами. Гамма-лучи в 1900 году нашел Пол Вильяр, изучавший распад радия. В 1903 году Эрнест Резерфорд дал им наименование «гамма».
Источники гамма-лучей
Среди природных источников гамма-лучей стоит вспомнить радиоизотопы вроде калия-40, а также вторичное излучение атмосферных контактов с космическими лучами. Некоторые земные источники создают гамма-лучи, но не обладают ядерным происхождением. Это удары молнии и зеленые гамма-вспышки.
В астрономических процессах создается много гамма-лучей. Все дело в высокоэнергетических электронах, которые генерируют вторичные гамма-лучи в тормозном излучении, обратном комптоновском рассеивании и синхронном излучении. Большая их часть отбивается земной атмосферой и находится космическими аппаратами. Искусственными источниками служат ядерные реакторы и эксперименты в физике высоких энергий.
Гамма и рентгеновские лучи
Рентгеновское и гамма-излучение похожи по характеристикам, но отличаются источником. На более высоких частотах гамма-лучи сильнее проникают и несут больше разрушений живой ткани. Их также применяют в области медицины для терапии рака.
В последние десятилетия подход к их отличию резко изменился. Ранее использовался критерий длины волны, где показатель ниже 10-11 м автоматически относил волну к гамма. Но искусственным источникам удалось воспроизводить это явление и при глубоком изучении приняли решение отличать их по источнику происхождения. Гамма создаются ядром, а рентгеновские – электронами вне ядра.
Исключения встречаются в астрономии, где гамма-распад способен возникнуть при послесвечении сверхновых и прочих процессов с высокими энергиями, которые не связаны с радиоактивным распадом. Наиболее яркий пример – длительные гамма-всплески, чей механизм генерации не сходится с радиоактивным распадом. Они связаны с крушением звезд – гиперновые.
Это снимок неба в 100 МэВ, сделанный на прибор EGRET космического корабля CGRO. Яркие пятна – пульсары (вращающиеся нейтронные звезды с мощными магнитными полями). Ниже и выше плоскости – квазары (галактики со сверхмассивными черными дырами)
Влияние на здоровье
Любая ионизирующая радиация серьезно вредит на клеточном уровне. Но альфа и бета-частицы практически не проникают, поэтому вред наносится на локализированном уровне (радиационный ожог). А гамма-лучи и нейтроны сильнее проникают, из-за чего происходит диффузное повреждение организма. Наиболее опасные формы гамма-лучей создаются при энергиях 3-10 МэВ.
– это электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны, менее 0,1 нм (1 А), испускаемое возбужденными атомными ядрами при радиоактивных превращениях и ядерных реакциях (взрывах), а также возникающее при торможении заряженных частиц в веществе, их распаде, при аннигиляции пар «частица-античастица», при прохождении быстрых заряженных частиц через вещество, в лазерных пучках света, в межзвездном пространстве.
Основными источниками Г.и. служат естественные и искусственные радиоактивные изотопы радия, кобальта, цезия и др. химических элементов. Гамма-лучи (γ-лучи) принято рассматривать как поток частиц - γ-квантов, а не электромагнитных волн, т.к. волновые свойства заметно проявляются лишь у самых длинноволновых гамма-лучей, корпускулярные же их свойства выражены достаточно отчетливо. Г.и. не отклоняется в магнитном поле и, следовательно, не имеет электрического заряда. Оно идентифицировано как жесткое (т.е. имеющее очень высокую энергию) электромагнитное излучение. Г.и. испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или основное.
Энергия γ-кванта равна разнице энергий состояний, между которыми происходит переход. Испускание ядром γ-кванта не влечет за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от др. радиоактивных излучений (α-, β-распадов). Г.и. обладает большей проникающей способностью, чем альфа и бета-излучение, т.е. может проходить через большие толщины вещества без заметного ослабления. Основные процессы, происходящие при взаимодействии Г.и. с веществом - фотоэлектрическое поглощение (фотоэффект), комптоновское рассеяние (Комптон-эффект) и образование пар «электрон-позитрон». Действие Г.и. на организм аналогично действию др. ионизирующих излучений, вызывает в зависимости от дозы лучевое поражение вплоть до гибели. Характер воздействия Г.и. зависит от энергии γ-квантов и пространственных особенностей излучения (внутреннее, внешнее). Повреждения организма радиоактивными излучениями могут носить наследственный характер. Воздействие Г.и. на растения, животных и микроорганизмы может вызывать образование мутаций. Относительная биологическая эффективность Г.и. составляет 0,7-0,9 от эффективности жесткого рентгеновского излучения, принятого равной 1. Предупреждение опасного воздействия Г.и. достигается снижением риска аварий на радиационноопасном объекте с выбросом радиоактивных веществ, построением защитных систем от ионизирующих излучений естественного и искусственного происхождения, регламентацией интенсивности и доз облучения, проведением реабилитационно-восстановительных процедур. Ликвидация последствий аварий и катастроф с источниками ионизирующих излучений (в т.ч. Г.и.) - одна из самых сложных задач специальных и общих служб ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Везде, где есть электрические разряды, встречается излучение того или иного спектра. Гамма-излучение – это один из видов электромагнитного излучения, которое отличается очень короткой длиной волны и состоит из потоков гамма-квантов (фотонов). Установлено, что это не самостоятельный вид радиоактивности, а сопровождение распадов альфа- и бета-излучений. Гамма-излучение может также возникнуть во время ядерной реакции, когда происходит торможение заряженных частиц, их распад и другие ядерные процессы.
Понятие о гамма-излучении
Радиоактивное излучение – это ионизирующее излучение, которое рождается при нестабильном поведении частиц различного спектра, когда те попросту распадаются на составные части атома
– протоны, нейтроны, электроны и фотоны. Гамма-излучение, в том числе и рентгеновское, является тем же процессом. Радиация имеет различное биологическое действие на организм человека – его вред зависит от способности частиц проникать через различные препятствия.
В этом плане гамма-излучение обладает наиболее выраженной проницательной способностью, что позволяет ему проникать даже сквозь пятисантиметровую свинцовую стену. Поэтому гамма-излучение, или гамма-лучи – это радиоактивное излучение, обладающее высокой степенью радиоактивного влияния на живой организм. Во время излучения их скорость равна скорости света.
Частота гамма-излучения составляет > 3·10 18 , что является наиболее короткой волной и в классификации электромагнитных волн стоит в самом низу, сразу перед рентгеновским излучением, чье излучение немного длиннее и составляет 10 17 — 3·10 18
Альфа-, бета- и гамма-лучи крайне опасны для человека и их интенсивное воздействие ведет к лучевой болезни, которая проявляется характерными симптомами:
- острый лейкоцитоз;
- торможение пульса, снижение мышечного тонуса, замедление всех процессов жизнедеятельности;
- выпадение волос;
- поочередный отказ всех органов – сначала печени, почек, спинного мозга, а затем сердца.
Попадая в организм, лучи радиации уничтожают и подвергают мутации клетки таким образом, что, заразившись, те заражают другие. А те, что смогли выжить, перерождаются уже неспособными к делению и другим функциям жизнедеятельности. Альфа- и бета-лучи являются наиболее опасными, однако гамма-частица коварна тем, что за 1 секунду преодолевает расстояние в 300 000 километров и способна поражать значительные расстояния. При небольшой дозе радиации человек не чувствует ее воздействие, и свое разрушительное влияние она обнаруживает не сразу. Может пройти как несколько лет, так и несколько поколений – в зависимости от дозы и типа лучей – прежде чем проявятся нарушения. Однако при большой дозе облучения болезнь проявляется в течение нескольких часов и имеет ярковыраженную симптоматику с болями в животе, неудержимой рвотой, головными болями.
Истории наших читателей
Владимир
61 год
Опасность гамма-излучения
Гамма-лучи могут проникать из космоса, источники гамма-излучения могут быть также распадом некоторых радиоактивных пород – урана, гранита, радона и других.
Наиболее известный случай отравления гамма-лучами – это случай отравления Александра Литвиненко , которому подсыпали в чай полоний. Полоний – радиоактивный элемент, производный урана, который обладает высокой радиоактивностью.
Квантовая энергия гамма-излучения обладает огромной силой, которая увеличивает их проницаемость в живые клетки и разрушительное действие. Вызывая смерть и трансформацию клеток, гамма-кванты со временем накапливаются в организме, а поврежденные клетки одновременно с этим отравляют организм своими токсинами, которые появляются в процессе их разложения.
Гамма-квант – это ядерное излучение, частица без массы и заряда, которая испускается при ядерной реакции, когда ядро переходит из одного энергетического состояния в другое. Когда квант гамма-изучения проходит через определенное вещество и вступает с ним во взаимодействие, то происходит полное поглощение энергии гамма-кванта этому веществу с выбросом его электрона.
Опасность такого облучения наиболее губительна для человека, так как его проникающая способность практически не оставляет шансов – 5-сантиметровая свинцовая стена способна поглотить лишь половину гамма-излучения. В этом отношении альфа- и бета-лучи менее опасны – альфа-излучение может задержать обычный лист бумаги, бета-излучению не преодолеть деревянной стены, а от гамма-излучения практически не существует преграды. Поэтому крайне важно, чтобы не происходило длительного воздействия этих лучей на организм человека.
Как защититься от гамма-излучения
Попадая в организм при повышенном гамма-фоне, радиация начинает незаметно отравлять организм, и если не произошло потребление сверхвысоких доз за короткое время, то первые признаки могут проявиться нескоро. В первую очередь страдает система кроветворения, которая берет первый удар на себя
. В ней резко сокращается количество лейкоцитов, вследствие чего очень быстро поражается и выходит из строя спинной мозг. Вместе со спинным мозгом страдают лимфатические узлы, которые в дальнейшем также выходят из строя. Человек теряет волосы, его ДНК повреждается. Наступает мутация генома, что ведет к нарушениям в наследственности. При сильных поражениях наступает смерть от рака или от выхода из строя одного или нескольких органов.
Необходимо измерять гамма-фон на земельных участках перед покупкой. Под действием некоторых подземных пород, в том числе в подземных реках, при тектонических процессах земной коры вполне возможно заражение гамма-излучением поверхности земли.
Защита от гамма-излучения может быть лишь частичной. Если допустить подобную катастрофу, то ближайшие 300 лет пораженная территория будет полностью отравлена, вплоть до нескольких десятков метров слоя почвы. Полной защиты не существует, однако можно воспользоваться подвалами жилых домов, подземными окопами и прочими убежищами, хотя следует помнить, что этот вид защиты действует лишь частично.
Таким образом, способы защиты от гамма-излучения заключаются главным образом в измерении гамма-фона специальным оборудованием и непосещение мест с повышенным уровнем радиации – например, Чернобыля или окрестностей Фукусимы.
Самый большой выброс в воду ядерной радиации в истории человечества произошел в 2011 году на Фукусиме, когда волна цунами привела к выходу из строя трех ядерных реакторов. Радиоактивные отходы смываются в море в количестве 300 тонн ежедневно вот уже седьмой год. Размеры этой катастрофы ужасают. Так как эту утечку невозможно устранить по причине высокой температуры в зоне поражения, неизвестно, сколько еще будет происходить этот процесс. А тем временем подводным течением радиация распространилась уже на значительную часть Тихого океана.
Область применения гамма-излучения
Если целенаправленно применять поток гамма-частиц, то можно выборочно уничтожать те клетки организма, которые в данный момент времени имеют активное размножение . Этот эффект от применения гамма-лучей используется в медицине при борьбе с онкологией. Как последнюю меру и только когда другие средства перестают работать, целенаправленно на злокачественную опухоль применяют метод облучения. Наиболее эффективно использование дистанционной гамма-лучевой терапии. Такой способ разработан для лучшего управления процессом с минимизацией рисков и повреждений здоровых тканей.
Гамма-кванты также используют в других сферах:
- С помощью этих лучей изменяют энергию. Прибор для этого, который используется в экспериментальной физике, называется гамма-спектрометром. Он бывает магнитным, сцинтилляционным, полупроводниковым и кристалл-дифракционным.
- Изучение спектра ядерного гамма-излучения дает информацию о ядерной структуре. Внешняя среда, влияя на гамма-излучение, производит различные эффекты, которые имеют большое значение для понимания процессов, происходящих при этом. Поэтому все эти процессы активно изучаются.
- Техника также применяет гамма-излучения, чтобы обнаружить дефекты металлов. Так как гамма-излучение обладает различного уровня поглощением в разной среде, но при одинаковом расстоянии распространения, то можно вычислить дефекты с помощью различного по интенсивности излучения.
- Радиационная химия также использует это излучение для возбуждения химического превращения в различных процессах с помощью естественных или искусственных радиоактивных изотопов и электронных ускорителей – источников этого рода радиации.
- Стерилизацию пищевых продуктов с помощью гамма-излучений использует в своих целях пищевая промышленность .
- В растениеводстве используются гамма-кванты для того, чтобы растение приобрело лучшие показатели путем мутации.
- С помощью гамма-лучей выращивают и обрабатывают некоторые микроорганизмы, делают лекарства, в том числе некоторые антибиотики. Ими обрабатывают семена, чтобы избавить их от мелких вредителей.
Еще около 100 лет назад свойства гамма-излучения не были достаточно изучены, и это приводило к незащищенному использованию радиоактивных элементов в качестве медицинского или измерительного оборудования. Гамма-излучение также использовали для покрытий различных ювелирных и керамических изделий, при изготовлении витражного стекла. Поэтому следует быть осторожным в хранении и приобретении предметов старины – безобидная с виду вещь может таить в себе радиоактивную угрозу.