Как действует радиация на человека

Скажите слово «радиация» трем разным людям, и вы, вероятно, получите три разных реакции. Ваша тетя не скажет как действует радиация, но может рассказать вам как радиация излечила ее рак. Ваш сосед может вспомнить, как его учили в школе действиям во время ядерного взрыва. А ваш друг любитель комиксов объяснит, как гамма-лучи превратили Брюса Баннера в Халка.

Радиация в различных формах все время окружает нас. Иногда она опасна, иногда — нет. Она бывает естественной и искусственной. Наши тела ежедневно подвергаются воздействию естественного излучения — от почвенных и подземных газов до излучения, идущего от солнца и из космического пространства.

Мы также подвергаемся радиации от создаваемых человеком приборов — медицинских процедур, телевизоров, сотовых телефонов и микроволновых печей. Опасность радиационного излучения зависит от его силы, вида и длительности воздействия.

Что такое радиация

Большинство людей скажут вам, что радиацию обнаружила Марии Кюри вместе со своим мужем Пьером. И это так — ну, или почти так. Супруги Кюри открыли радиоактивность в 1898 году, что принесло им Нобелевскую премию. Однако, за три года до них в 1895 году ученый по имени Вильгельм Рентген впервые обнаружил рентгеновские лучи и феномен радиоактивности (термин позже был придуман Кюри, на основе латинского слова «луч»).

Вскоре после открытия Рентгена французский ученый по имени Анри Беккерель попытался выяснить, откуда взялись рентгеновские лучи, и обнаружил мощное излучение урана. Мария Кюри писала свою докторскую диссертацию, основываясь на исследованиях Беккереля, что и привело к открытию излучения радия.

Что касается электромагнитного излучения, то оно не имеет массы и распространяется волнами. ЭМ-излучение может варьироваться от очень низких до крайне высоких энергий, и мы называем этот диапазон электромагнитным спектром. В пределах ЭМ-спектра существуют два типа радиации — ионизирующая и неионизирующая.

Немного трудновато? Не волнуйтесь, мы подробно объясним это далее.

К сожалению, то самое, что дало Марии Кюри вечную жизнь в науке — в конечном счёте её убило. В конце 1890-х годов Мария и ее муж Пьер начали страдать различными недугами. Мария перенесла несколько катаракт (теперь известный побочный эффект радиации) и в конечном итоге умерла от лейкемии, вызванной облучением ее костного мозга.

Итак, вот как действует радиация на нас.

Электромагнитный спектр

Электромагнитное излучение представляет собой поток фотонов, движущихся волнообразно. Но что такое фотон? Это пучок энергии, находящийся в постоянном движении. На практике, количество энергии, которую несет фотон, заставляет его иногда вести себя как волна, а иногда — как частица. За эту двойственную природу ученые называют его волной-частицей. Фотоны с низкой энергией (например, радио) ведут себя как волны, а фотоны высоких энергий (например, рентгеновские лучи) ведут себя, скорее, как частицы.

ЭМ-излучение может проходить через пустоту. Это отличает его от других типов волн, таких как звук, которым требуется среда для перемещения. Все формы электромагнитного излучения располагаются в электромагнитном спектре. Чем выше энергия, тем сильнее и, следовательно, опаснее излучение. Единственное различие между радиоволнами и гамма-лучами — это уровень энергии фотонов. Ниже представлен обзор электромагнитного спектра.

Радио

Радиоволны — самые длинные волны электромагнитного спектра (до длины футбольного поля). Они невидимы для наших глаз. Они доставляют музыку в наши радиоприемники, звук и картинку в телевизоры и передают сигналы на наши мобильные телефоны. Волны сотового телефона самые короткие из радиоволн, но длиннее, чем микроволны.

Микроволны

Также невидимы. Мы используем микроволны, чтобы быстро разогреть пищу. Телекоммуникационные спутники с помощью микроволн передают голос на телефоны. Для микроволновой энергии туман, облака или дым не являются препятствием. Потому она так удобна для передачи информации. Некоторые микроволны используются в радарах, например, доплеровском радаре, который используют метеорологи, чтобы вы получали прогнозы погоды. Вся Вселенная наполнена слабым микроволновым фоновым излучением, которое ученые связывают с Теорией Большого Взрыва.

Инфракрасное излучение

Инфракрасная область располагается между видимой и невидимой частями ЭМ спектра. Ваш пульт дистанционного управления переключает каналы с помощью инфракрасных волн. Каждый день мы чувствуем инфракрасное излучение как солнечное тепло. Инфракрасная фотография может показывать разницу температур. Змеи способны улавливать инфракрасное излучение, и именно так они находят теплокровную добычу в полной темноте.

Видимое излучение

Это единственная часть электромагнитного спектра, которую мы можем видеть. Мы видим разные длины волн в этой полосе спектра как цвета радуги. Например, солнце является естественным источником видимых волн. Когда мы смотрим на объект, наши глаза видят цвет отраженного света, а все остальные цвета поглощаются объектом.

Ультрафиолет

Ультрафиолетовые лучи (УФ) — вот что украшает загаром нашу кожу. Люди не могут видеть УФ-лучи, но некоторые насекомые могут. Озоновый слой нашей атмосферы задерживает большую часть ультрафиолетового излучения. Однако, поскольку наш озоновый слой истощается из-за использования нами хлорфторуглеродов в аэрозолях, уровень облучения Земли ультрафиолетом неуклонно растёт. Это может привести к последствиям для здоровья, таким как рак кожи.

Рентгеновские лучи

Рентгеновские лучи — световые волны с очень высокой энергией. Больше всего мы знакомы с их использованием в медицине, но космос также пронизан естественным рентгеновским излучением. Не стоит волноваться, рентгеновские лучи не могут проникнуть из космоса на поверхность Земли.

Гамма-лучи

Гамма-лучи обладают наибольшей энергией и самой короткой длиной волны. Ядерные взрывы и атомы радиоактивных минералов генерируют эти лучи. Гамма-лучи могут убивать живые клетки, и врачи иногда используют их для уничтожения раковых клеток. В глубоком космосе вспышки гамма-излучения происходят ежедневно, но их происхождение по-прежнему остается загадкой.

Рентген для примерки обуви

Сегодня мы знаем, что чрезмерное облучение рентгеновскими лучами опасно, и операторы рентгеновских кабинетов вместе с пациентами одевают защитное снаряжение.

Однако, с 1930-х по 1950-е годы, продавцы в обувных магазинах использовали рентгеновский аппарат для примерки обуви. Хотя нет информации о пострадавших покупателях, известно о случаях заболеваний продавцов.

Одна модельерша, участвовавшая в показах модной обуви, получила такую дозу рентгеновского облучения, что ей пришлось ампутировать ногу.

Неионизирующая радиация

Существует два вида радиационного излучения: неионизирующее и ионизирующее. В электромагнитном спектре их разделяет граница между инфракрасным и ультрафиолетовым излучениями. Известны три основных типа ионизирующего излучения: альфа-частицы, бета-частицы и гамма-лучи. Позже в этой статье мы обсудим эти типы излучения более подробно.

Неионизирующее излучение является относительно низкоэнергетическим излучением, которое не обладает достаточной энергией для ионизации атомов или молекул. Оно занимает нижний конец электромагнитного спектра. Источниками неионизирующего излучения являются линии электропередач, микроволны, радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет и лазеры. Хотя это излучение менее опасно, чем ионизирующее излучение, всё же чрезмерная доза неионизирующего излучения может вызвать проблемы со здоровьем. Давайте рассмотрим некоторые примеры неионизирующего излучения и связанные с ними проблемы безопасности.

Сверхнизкочастотное излучение (СНЧ)

Это излучение, создаваемое такими объектами, как линии электропередачи или электропроводка. Ведутся споры о влиянии на здоровье магнитного поля вблизи линий электропередач. Очевидно, что СНЧ излучение влияет на нас каждый день, но степень его опасности для человека зависит от мощности источника СНЧ, а также от расстояния и продолжительности воздействия. Учёные исследуют влияние СНЧ радиации на раковые заболевания и проблемы с деторождением. Пока не найдено прямой связи между СНЧ излучением и болезнью, но исследования обнаружили между ними некоторую зависимость.

Радиочастотное излучение (РИ) и микроволновое излучение (СВЧ)

В основном исходит от радиостанций, телевизоров, микроволновых печей и сотовых телефонов. Как РИ, так и СВЧ волны нарушают работу кардиостимуляторов, слуховых аппаратов и дефибрилляторов, и люди, использующие их, должны принимать соответствующие меры предосторожности.

В последние годы у многих вызывает беспокойство излучение от сотового телефона. Несмотря на отсутствие доказанной связи между использованием сотового телефона и проблемами со здоровьем, возможность такой связи не исключена. Опять-таки, всё зависит от длительности облучения. Большие количества радиочастотного излучения может нагревать ткани, что вредит коже или глазам и повышает температуру тела. Некоторые эксперты рекомендуют использовать гарнитуру или устройство громкой связи, если вы часто и подолгу используете свой сотовый телефон.

Наша кожа и глаза поглощают инфракрасное излучение (ИК) в виде тепла. Передозировка ИК-излучения может привести к ожогам и болям. Передозировка ультрафиолета более опасна, потому что, его воздействие на организм отсроченное. Тем не менее, вскоре это воздействие проявляется виде солнечного ожога или чего похуже. Мощное ультрафиолетовое облучение может вызвать рак кожи, катаракту и снижение иммунитета. Помимо солнечного света, источниками ультрафиолетового излучения являются синие лампы и сварочные аппараты.

Ионизирующая радиация

Подобно неионизирующему излучению, ионизирующее излучение представляет собой энергию в виде частиц или волн. Однако энергия ионизирующего излучения настолько велика, что оно может разрушать химические связи, то есть он может заряжать (или ионизировать) атомы облучаемого объекта.

Небольшой поток излучения может выбить из атома пару электронов. Мощное излучение может разрушить ядро атома. Это означает, что, когда ионизирующее излучение проходит через ткани тела, его энергии достаточно для повреждения ДНК. Вот почему гамма-лучи, например, удобны для уничтожения раковых клеток посредством лучевой терапии.

Источниками ионизирующего излучения являются радиоактивные материалы, высоковольтное оборудование, ядерные реакции и звезды. Естественным источником ионизирующей радиации является радон, радиоактивный материал, добываемый из геологической породы. Рентгеновские лучи — хороший пример искусственной ионизирующей радиации.

Виды ионизирующей радиации: альфа-частицы, бета-частицы и различные лучи

Когда нестабильный атом распадается, он излучает альфа- и бета-частицы. Например, уран, радий и полоний выделяют радиоактивные альфа-частицы. Эти частицы, состоящие из протонов и нейтронов, довольно велики по размеру и могут перемещаться только на небольшое расстояние. На практике их можно остановить просто листком бумаги или вашей кожей. Однако вдыхание или проглатывание альфа-частиц может быть очень опасным. Попав внутрь организма, альфа-частицы облучают ткани.

Бета-частицы, напротив, представляют собой быстро движущиеся электроны. Они могут перемещаться дальше, и имеют проникающую способность выше, чем у альфа-частиц. Поток бета-частиц может быть остановлен или уменьшен слоем одежды или веществом, вроде алюминия. В следующий раз подумайте дважды, прежде чем смеяться над парнем в защитной шапочке из фольги! Однако некоторые бета-частицы обладают достаточной энергией, чтобы проникнуть в кожу и вызвать ожоги. Как и в случае с альфа-частицами, бета-частицы весьма опасны при вдыхании или попадании внутрь организма.

Гамма-лучи — это то же электромагнитное излучение, но из-за своей высокой энергии они способны вызывать ионизирующий эффект. Гамма-лучи часто сопровождают альфа- и бета-частицы. В отличие от альфа- и бета-частиц, они обладают чрезвычайной проникающей способностью. Чтобы остановить гамма-лучи требуется несколько дюймов свинца или даже несколько футов бетона. Они представляют собой радиационную опасность для всего организма. Хотя гамма-лучи пройдут через вас насквозь, ткани организма поглотят часть излучения. Естественным источником гамма-лучей является, например, такой минерал, как калий-40. Однако это не значит, что вам надо прекратить принимать калий в витаминах. Радиоактивный изотоп калия присутствует в природе в чрезвычайно низкой концентрации, а калий необходим для хорошего здоровья.

Рентгеновские лучи по существу то же, что и гамма-лучи, но происходят из другого источника. Тогда как гамма-лучи исходят из ядра атома, рентгеновские лучи рождаются в процессах за пределами ядра. Рентгеновское излучение происходит от изменения электронной структуры атома и, в основном, создаётся искусственно. Его проникающая способность не настолько высока, как у гамма-лучей, и всего несколько миллиметров свинца могут их остановить. Вот почему вы одеваете «свинцовый фартук» в рентгеновском кабинете.

Передозировка ионизирующего излучения может вызвать мутации в генах, что вызывает врожденные дефекты, повышает риск развития рака, ожогов или лучевой болезни.

Как действует радиация: влияние

Радиация повсюду. Это часть нашей среды обитания, со времён происхождения мира. Радиация существует в атмосфере, земле, воде и даже внутри наших собственных тел. Это называется естественным фоном, и абсолютно безопасно.

Радиация влияет на ваше тело, передавая энергию вашим тканям, что может вызвать повреждение клеток. В некоторых случаях эффект от этого неощутим. В других случаях клетка может стать аномальной, а затем злокачественной. Это зависит от силы и продолжительности воздействия.

Частое воздействие низких доз радиации в течение длительного времени также приводит к заболеваниям, но симптомы могут проявиться через значительное время. Главный источник наших знаний о влиянии радиации на здоровье -это выжившие в атомной бомбардировке Японии, Чернобыльской аварии, а также люди, которые ежедневно работают с радиацией или получают радиацию в качестве лечения.

Мы измеряем количество радиационного облучения в единицах, называемых миллибэры. Более современной единицей измерения стал миллизиверт mSv, который надо умножить на 100, чтобы получить миллибэр.

Воздействие на организм различных доз радиации

Здесь представлена только ионизирующая радиация. Из всех типов неионизирующего излучения только ультрафиолетовые лучи могут вызывать рак.

10 000 mSv в виде краткосрочной дозы облучения всего тела могут вызвать немедленную болезнь и последующую смерть в течение нескольких недель.

От 1000 до 10000 mSv  в виде краткосрочной дозы может вызвать сильную лучевую болезнь с высокой вероятностью летального исхода.

1000 mSv  в виде краткосрочной дозы вызывает немедленную лучевую болезнь у человека среднего телосложения, но вряд ли приведет к смерти.

Краткосрочные дозы, превышающие 1000 mSv (100 000 бэр), получаемые в течение длительного периода времени, создают определенный риск развития рака в будущем.

При дозах выше 100 mSv вероятность рака (а не тяжести заболевания) увеличивается.

50 mSv считается самой низкой дозой, которая может вызвать рак у взрослого человека. Это также самая высокая доза, законодательно разрешенная, в течение одного года профессионального облучения.

20 mSv / год, получаемая за пять лет, является пределом для радиологического персонала, такого как работники атомной промышленности, урановых шахт и работники больниц. Их дозу тщательно контролируют.

10-12 mSv в единовременной дозе получает пациент в процессе компьютерной томографии всего тела.

2 mSv / год является типичным фоновым излучением из природных источников, в том числе в среднем 0,7 mSv / год из радона на воздухе. Это близко к минимальной дозе, получаемой всеми людьми в любой точке Земли.

0,3-0,6 mSv / год представляет собой типичную дозу от искусственных источников излучения, в основном медицинских, таких как рентгенография костей, зубов и грудной клетки.

0,01-0,03 mSv является типичным излучением от одного полета на самолете от побережья до побережья. Однако часто летающие могут получить от 1 до 6 mSv в год.

Что делать если вы получили дозу радиации

Многие фильмы и книги пугают нас до дрожи и озноба радиационной катастрофой. Но что в них реально, а что нет? Радиация может попасть в окружающую среду несколькими способами: авария на атомной электростанции, взрыв атомной бомбы, случайная утечка из медицинского или промышленного устройства, испытания ядерного оружия или терроризм (например, грязная атомная бомба). То есть, вероятность радиационного заражения невелика.

• • Худшая ядерная авария в истории превратила Чернобыль в нечто, чего никто не ожидал

У каждой местной администрации есть план на случай радиационной катастрофы. Во время радиационной аварийной ситуации Центр по чрезвычайным ситуациям может предложить вам оставаться в пределах жилища, а не эвакуироваться. Это потому, что стены вашего дома могут задержать часть вредного излучения.

В случае радиационной аварийной ситуации, первое, что нужно выяснить — это попали ли радиоактивные материалы на ваше тело или внутрь него. Затем сделайте следующее:

• • Срочно покиньте зону заражения.
  • Снимите верхнюю одежду.
  • Поместите одежду в полиэтиленовый пакет или подальше от других людей.
  • Вымойте все открытые части вашего тела.
  • При внутреннем загрязнении может потребоваться медицинская помощь.

Медицинский персонал может определить лучевую болезнь или отравление по симптомам, анализам крови или счетчику Гейгера. В зависимости от серьезности заражения, существуют различные виды лечения. Дезактивация — это первый шаг, и это может быть все, что вам нужно. Можно рекомендовать делать анализы крови каждый год или около того, чтобы проверить симптомы дальнейшего развития болезни.

Существуют также таблетки, которые вы можете принимать, чтобы уменьшить вредное воздействие радиации. Возможно, вы слышали о людях, принимающих таблетки йодида калия в условиях ядерной аварии. Эти таблетки предотвращают концентрацию радиоактивного йода в щитовидной железе. Важно понимать, что йодид калия не защищает от прямого облучения или других радиоактивных частиц в воздухе.

Берлинская лазурь — это вид красителя, который при приёме внутрь будет связывать радиоактивные элементы, такие как цезий и таллий. Это ускорит выведение из организма радиоактивных частиц. Диэтилентриаминпентауксусная кислота (DTPA) связывается с радиоактивными металлами плутония, америция и кюрия. Радиоактивные частицы выходят из организма в моче, также уменьшая количество поглощенного излучения.

• • Квантовая физика простыми словами