Transcription
Поговорим о радиации. Думаю, сегодня в XXI веке, в сколь угодно цивилизованных странах, нет ни одного человека, который бы хотя бы раз в жизни не слышал этого слова и не знал, что радиация — это нечто невидимое, но от этого не менее, а, возможно, даже более опасное. Тем не менее, я неоднократно имел возможность убедиться в том, что даже интересующиеся физикой люди подчас совершенно неверно представляют себе, что же такое радиация на самом деле, какая она бывает, чем виды радиации отличаются друг от друга, чем радиация опасна, и в каких случаях её стоит бояться, а в каких лучше поберечь нервы.
В этом видео мы попытаемся ответить на все эти, а также и некоторые другие вопросы, и после его просмотра, у вас, надеюсь, сформируется уже более или менее полное представление о том, что такое радиация и с чем её, если можно так выразиться, едят. Не забудьте подписаться на канал, и будем начинать.
Сам по себе термин "радиация" трудно назвать удачным, ведь он является, по сути, переводом английского термина "radiation", то есть излучение. А далеко не всякое излучение — это та самая радиация, которой мы привыкли опасаться. В подавляющем большинстве случаев, когда мы произносим слово "излучение", мы имеем в виду электромагнитное излучение, наиболее известным примером которого является видимый свет. Помимо света, существует множество других видов электромагнитного излучения, которые, по сути, различают одной единственной вещью — частотой, или, если угодно, длиной волны этого излучения, либо же, что в принципе одно и то же, энергией фотонов, потоком которых является такое излучение. Длина волны и её частота связаны между собой вот такой формулой:
[Формула: лямбда = c / ню]
где лямбда — это длина волны, c — скорость света, а ню — частота. Энергия фотонов через длину волны или частоту рассчитывается вот таким вот образом:
[Формула: E = h * ню = h * c / лямбда]
Проще говоря, чем больше длина волны и чем меньше её частота, тем ниже энергия фотонов. Так, видимый свет имеет длину волны от 380 до 740 нанометров (или 10⁻⁹ метра), а энергия его фотонов колеблется от 2,7 до 5,2 электрон-вольт (или 1,7 до 3,3 электрон-вольт). Электрон-вольт — это такая единица измерения энергии, которую используют в ядерной физике, где, как правило, нужно измерять очень маленькие количества энергии. Меньшей энергией, и, соответственно, большей длиной волны обладает инфракрасное излучение. Его длина волны может принимать значения от 740 нм до миллиона нанометров, то есть до 1 мм, а энергия фотонов, соответственно, колеблется от 1000 до 1,7 электрон-вольт. Волны с длинами более 1 мм и энергией фотона менее 1000 электрон-вольт относят к радиоволнам. Точнее, иногда волны с длиной от 1 мм до 1 м выделяют в отдельный подкласс — микроволнового или ещё сверхвысокочастотного, так называемого СВЧ-излучения. Именно микроволны с длиной около 12 см и энергией фотона порядка миллионных долей электрон-вольт разогревают нам еду в микроволновках. Мобильная связь стандарта 4G использует частоты в 800, 1880 и 2600 МГц, что соответствует длинам волн 37, 17 и 11,5 см. Портативные рации чаще всего работают с длинами волн порядка 70 см и так далее. Используются на практике также радиоволны с длиной в десятки и сотни метров, а иногда даже с длиной волны в десятки километров.
Разумеется, существуют электромагнитные волны и с меньшей длиной волны и, соответственно, большей энергией. Так, излучение с длинами волн от 10 до 400 нанометров и, соответственно, энергии фотонов от 3 до 124 электрон-вольт относят к ультрафиолетовому. Длины волн от 0,01 до 10 нанометров и энергии от 124 до 24 000 электрон-вольт относят к рентгеновскому излучению. Всё, у чего длина волны меньше, а энергия фотонов, соответственно, больше, называют гамма-излучением.
Любое электромагнитное излучение при взаимодействии с веществом передаёт ему энергию. Процесс этого взаимодействия можно очень грубо представить себе как поток частичек-фотонов, налетающий на атомы и молекулы вещества, сталкивающийся с ними и передающий им свою энергию и импульс, от чего кинетическая энергия и импульс этих атомов, ну или молекул, соответственно, увеличивается. Ну а средняя кинетическая энергия составляющих вещество атомов и молекул — это не что иное, как его температура. То есть, под воздействием электромагнитного излучения вещества нагреваются. Это так называемое тепловое действие электромагнитного излучения. И когда мы нагреваем еду в микроволновке, или скажем, поджигаем что-то солнечным лучом, сфокусированным с помощью увеличительного стекла, мы используем именно тепловое воздействие электромагнитных волн.
Несложно понять, что энергия, которую сообщает веществу излучение, будет тем больше, чем больше будет энергия одного фотона, но также тем больше, чем более интенсивным будет поток излучения, то есть чем больше фотонов будет за единицу времени попадать в вещество. Однако, когда энергия фотонов электромагнитного излучения оказывается достаточно большой, у его взаимодействия с веществом может появляться и иное качество, помимо теплового. Они могут как бы дробить их на части-осколки. Причём, если в изначальной молекуле, как правило, имеется равное число положительно заряженных протонов и отрицательно заряженных электронов, то в разных осколках молекулы их число может оказаться различным. То есть, из нейтральной молекулы мы получаем два разноимённо заряженных осколка. В химии заряженные атомы или комплексы атомов именуют ионами, процесс их образования — ионизацией, а способность электромагнитного излучения вызывать ионизацию — ионизирующим действием излучения.
Итак, то, что в быту мы называем радиацией, с научной точки зрения называют ионизирующим излучением. То есть, радиация — это не всякое излучение, а только ионизирующее, то есть то фотоны которого обладают достаточной энергией для ионизации вещества. Правда, здесь тоже присутствует терминологическая путаница. В физике к ионизирующему электромагнитному излучению относят только рентгеновское и гамма-излучение, тогда как в реальности ионизирующим действием обладает также и ультрафиолет, а наименее стойкие молекулы может разрушать даже видимый свет. Поэтому эти виды излучения также формально обладают ионизирующим действием, но при этом к ионизирующему излучению, то есть к тому, что мы в быту называем радиацией, их не относят. Инфракрасное излучение и тем более радиоволны заслуживающим упоминания ионизирующим действием не обладают. Их воздействие на вещество по сути сводится к его нагреву, как в микроволновке. Для того чтобы повлиять на химию вещества, энергии фотонов такого излучения уже недостаточно. Если характерные энергии химических связей в молекулах измеряются в единицах электрон-вольт, то энергия самых высокоэнергетических фотонов видимого света — это порядка нескольких электрон-вольт. Поэтому микроволны, инфракрасное излучение и радиоволны не способны разрушить молекулы и тем более сделать их вредными, меняя их химический состав. Это не более чем чушь. Для фотонов микроволнового излучения изменить химию молекулы не более реально, чем для муравья сдвинуть с места дом. Но мы немного отвлеклись.
Оказывается, что ионизирующее действие на вещество может оказывать не только электромагнитное излучение, то есть потоки фотонов, но и потоки других частиц, лишь бы эти частицы имели достаточную кинетическую энергию для того, чтобы оказывать на молекулы ионизирующее действие. Это могут быть электроны, протоны, нейтроны, мюоны, атомные ядра — да что угодно вообще. Ну и, конечно, как мы видели выше, фотоны. Впрочем, для того, чтобы ионизирующее воздействие того или иного потока частиц было заметным, плотность этого потока должна быть достаточно велика. И потому наибольшее значение с практической точки зрения для нас имеют частицы с плотными потоками которых мы чаще всего сталкиваемся в реальной жизни. Однако, ключевым для того, чтобы тот или иной поток частиц всё-таки являлся ионизирующим излучением, является то, что частицы этого потока должны обладать достаточной кинетической энергией, порядка хотя бы сотен тысяч, а лучше миллионов электрон-вольт для протонов или нейтронов, например. Это соответствует скоростям в миллионы и десятки миллионов метров в секунду. И с настолько шустрыми частицами мы в повседневной жизни, как правило, не встречаемся. Например, скорость теплового движения молекул в газах при комнатной температуре составляет порядка 500 м/с. По сути, на Земле единственными процессами, в которых массивные частицы способны разгоняться до скоростей, при которых их потоки начинают обладать ионизирующей способностью, являются ядерные реакции, в частности, ядерные распады различных типов. Ядра, способные к самопроизвольным распадам такого рода, называются радиоактивными, а сам процесс такого распада — радиоактивностью. И такие процессы действительно практически всегда порождают потоки частиц, обладающих ионизирующим действием на вещество, то есть ионизирующее излучение, или проще говоря, радиацию. То есть, радиоактивность почти всегда порождает радиацию.
Однако, далеко не всегда радиация является следствием радиоактивности. Например, пресловутое рентгеновское излучение, обладающее, как мы говорили выше, ионизирующим действием, а значит, являющееся радиацией, на практике обычно получают без использования радиоактивных веществ. В рентгеновской трубке электроны, испускаемые с разогретого катода, разгоняются в электрическом поле, после чего ударяются о массивный анод. В ходе соударения электронов с анодом их скорость резко меняется, и, как и все заряженные частицы, движущиеся с ускорением, электроны начинают излучать электромагнитные волны. О том, как и почему это происходит, у нас было отдельное видео, ссылка на которое сейчас появится в верхнем углу экрана. Причём, так как скорость, до которой разгоняются электроны, может достигать миллионов метров в секунду, то их торможение получается достаточно резким, чтобы сгенерировать высокоэнергетические рентгеновские фотоны. Так что в рентгеновских аппаратах ничего радиоактивного нет. В выключенном или тем более в разобранном виде данное устройство никакой радиации не излучает.
Гамма-излучение в земных условиях без использования радиоактивных веществ пока, насколько я знаю, получать ещё не научились. Хотя теоретическая основа для создания так называемых гамма-лазеров на основе так называемого эффекта Мёссбауэра уже есть, и, возможно, мы рассмотрим её в наших следующих видео. А вот в условиях космоса нерадиоактивная генерация гамма-излучения — не то чтобы заурядное, но не слишком редко встречающееся явление. Например, не радиоактивные источники гамма-излучения существуют.
Многие люди часто используют слова "радиоактивность" и "радиация" как синонимы, хотя это, как вы могли убедиться выше, и совершенно неверно. Те виды ионизирующего излучения, с которыми мы в жизни сталкиваемся чаще всего, получили собственное название, которое вы, наверняка, тоже хоть раз в жизни да слышали. Так, альфа-излучение — это потоки так называемых альфа-частиц, ядер атомов гелия, каждый из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Порождающий это излучение альфа-распад характерен для очень массивных ядер, вроде атомов урана или плутония. Грубо говоря, эти атомы содержат слишком много протонов и нейтронов для того, чтобы быть стабильными, и им энергетически выгодно избавиться от части составляющих их частиц. Наиболее выгодным оказывается как раз-таки распад посредством отщепления альфа-частицы. Суммарная масса продуктов распада, то есть альфа-частицы и оставшегося ядра, оказывается меньше, чем масса изначального ядра, а значит, по Эйнштейновской формуле E=mc², впоследствии такого распада высвобождается определённая и довольно значительная энергия, которая сообщается продуктам распада. Благодаря этой энергии поток альфа-частиц, образующийся как результат деления большого числа альфа-радиоактивных атомов в куске вещества, обретает ионизирующую способность.
Бета-излучение — это потоки электронов. Строго говоря, любых электронов, но когда мы говорим об эта-излучении, обычно имеются в виду потоки электронов, образующиеся в результате процесса бета-распада — превращения нейтрона в протон, которые происходят в атомных ядрах, перегруженных этими самыми нейтронами и, соответственно, недогруженных протонами. Побочным продуктом такого превращения являются как раз электрон и так называемая электронная антинейтрино. Посредством бета-распада атомное ядро переходит в более оптимальное с энергетической точки зрения состояние, которое характеризуется меньшей массой, а значит, и меньшей энергией. Например, ядро атома калия-40 (с 19 протонами и 21 нейтроном) в процессе бета-распада превращается в ядро атома кальция-40 (с 20 протонами и 20 нейтронами). Масса ядра атома калия-40 составляет 39,964 атомных единицы массы, тогда как ядро атома кальция-40 — 39,963, то есть меньше. Лишняя масса, снова-здорово, превращается в энергию, которая переходит, в том числе, в кинетическую энергию высвобождающихся 1,3 миллиона электрон-вольт. Это достаточно внушительная энергия, так что, получив её, электрон обретает внушительную ионизирующую способность. Электронная антинейтрино, но такие частицы из-за сверхмалой массы и полного отсутствия заряда слабо взаимодействуют с веществом, и нас в данном случае не интересует.
Гамма-излучение, которое, как мы говорили выше, представляет собой просто фотоны высоких энергий, часто, хотя и не всегда, сопровождает альфа- и бета-распады. Грубо говоря, часть энергии, высвобождающейся в результате распада, сообщается вылетающей частице, а часть остаётся в атоме, который в результате переходит из основного в возбуждённое состояние, а затем через некоторое время обратно в основное, в процессе излучая полученную энергию в виде фотона. И если эта энергия достаточно велика, то на выходе мы получим, в том числе, и высокоэнергетические гамма-кванты. Например, при бета-распаде радиоактивного кобальта-60 и его превращении в никель-60 высвобождается 2,8 миллиона электрон-вольт энергии. Чаще всего 300 000 электрон-вольт энергии уносит пара электрон-нейтрино, а оставшиеся 2,5 миллиона электрон-вольт через какое-то время высвобождаются, снова-таки, чаще всего в виде двух гамма-квантов с энергией в 1,17 и 1,33 миллиона электрон-вольт.
Альфа-, бета- и гамма-излучения являются наиболее часто встречающимися видами радиации. Однако, далеко не единственными. Например, отдельного упоминания заслуживает нейтронное излучение, то есть потоки высокоскоростных нейтронов. Плотные нейтронные потоки в природе встречаются редко. Чаще всего их можно обнаружить в рабочей зоне ядерного или термоядерного реактора, и, слава богу, ведь нейтронные потоки опасны не только своим прямым ионизирующим действием (а оно у них достаточно большое), но и свойством превращать обычные вещества в радиоактивные. Нейтроны как бы встраиваются в ядра атомов, после чего такие атомы могут становиться способными к тому же бета-распаду. Например, проще говоря, побывав в мощном нейтронном потоке, вещество становится радиоактивным и само начинает испускать радиацию, то есть ионизирующее излучение. Это так называемая наведённая радиоактивность.
В целом, бывают и другие виды излучения, например, потоки протонов, вроде тех, что постоянно летят на Землю от Солнца, или потоки позитронов — античастиц электрона, образующихся в так называемых бета-плюс распадах, когда один из протонов ядра превращается в нейтрон. Именно такие распады претерпевают, например, углерод-11 или азот-13. Однако, в земных условиях со всем этим мы сталкиваемся куда реже. Хотя, к примеру, то же позитронное излучение применяется в довольно активно развивающейся сегодня технологии позитронно-эмиссионной томографии.
Ну и здесь, наверное, самое время говорить о том, почему, собственно, радиация, а точнее, как мы уже с вами знаем, ионизирующее излучение, опасно. Наши организмы, как и организмы любых живых существ на Земле, представляют собой, по сути, очень-очень сложные сосуды, в которых происходят самые разнообразные химические реакции. Причём, для каждой химической реакции в организме определено своё место и время, и она должна происходить именно там и именно так, как ей положено, а иначе организм просто не сможет работать так, как ему положено. Ну а ионизирующее излучение вносит в этот процесс свои непрошенные коррективы, разрушая то, что будет служить сырьём для тех или иных реакций, или продукты этих реакций. Хуже того, повреждённые молекулы и их осколки, как правило, становятся очень химически активны и то и дело норовят вступить в какую-нибудь химическую реакцию, причём зачастую совершенно не в ту, которой наш организм ожидает. И в результате вместо тех веществ, которые должны накапливаться или образовываться в том или ином месте организма, получаются совершенно другие, и весьма часто не слишком для этого организма полезные. Их ещё называют радиолитами. Именно симптомы отравления радиолитами, такие как тошнота, головокружение и тому подобное, являются первым признаком сильного поражения радиацией.
Ещё хуже, когда ионизирующее излучение воздействует на самые важные молекулы организма — ДНК, содержащие, по сути, инструкции о том, как этому организму положено быть устроенным и функционировать. В результате клетка, молекула ДНК которой была повреждена ионизирующим излучением, уже не может воспроизвести себя правильно, а порождает дефектные клетки, неспособные выполнять свои функции, или, что ещё хуже, клетки, в которых нарушен сам механизм воспроизводства, и которые, например, начинают бесконтрольно делиться, не подчиняясь общей для организма программе. Такие клетки ещё называют атипичными или опухолевыми, и размножение таких клеток в организме приводит к онкологическим заболеваниям. В общем, приятного мало.
И совершенно неудивительно, что радиация считается источником угрозы для здоровья. Однако, проблема в том, что избежать её воздействия на организм в принципе невозможно. Радиоактивные вещества окружают нас постоянно и повсеместно. И лишь ничтожная их часть в реальности создана человеком. Например, радиоактивные уран и торий, пусть и в небольших количествах, можно найти в некоторых видах обычного песка, содержатся они также в минералах вроде гранита. Одним из самых распространённых естественных радионуклидов является газ радон, излучение которого обеспечивает примерно половину того, что мы называем естественным радиационным фоном. Радиоактивный калий-40, который мы упоминали выше, составляет известную часть любых атомов калия, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Из-за присутствия радиоактивного калия определённым уровнем радиоактивности обладают все богатые калием пищевые продукты, такие как бананы, авокадо, курага или даже обычная картошка. Космическим по радиоактивности считается бразильский орех. Даже воздух, который мы дышим, немножко радиоактивен из-за присутствия радиоактивного углерода-14, который образуется из азота в верхних слоях атмосферы в процессе поглощения нейтронов, летящих к нам от Солнца. Да что уж там, даже наши тела, содержащие всё те же углерод, калий и прочие элементы, у которых есть радиоактивные изотопы, тоже немножко радиоактивны.
При этом очень важно понимать, что мы, как живые организмы, живущие на планете Земля, исторически эволюционировали в условиях тех или иных потоков ионизирующего излучения. И, конечно, за это время природа создала внутри нас множество защитных механизмов, призванных противостоять деструктивному воздействию радиации. Например, радиолиты, точно так же, как и прочие токсины, выводятся из организма в процессе работы выделительной системы, а дефектные клетки выявляются и уничтожаются иммунной системой. Поэтому на практике мы способны без особого вреда переносить довольно на значительные дозы облучения. И более того, оказывается, что некоторые дозы радиации даже необходимы нам для нормального функционирования. Например, у лабораторных животных, которых помещали в условия сильно пониженного по сравнению с естественным радиационного фона, наблюдались различные дегенеративные явления в организме, такие как снижение веса, анемия, снижение иммунитета, ускоренное старение и так далее. Проще говоря, наш организм адаптирован к определённому уровню радиации и начинает неправильно работать как в случае, если получает слишком много облучения, так и в случае, если получает его слишком мало.
Ну а коли так, то для нас важно понимать, что такое "много" или "мало" радиации. А для этого нужно, прежде всего, ввести какие-то величины, посредством которых мы будем эту самую радиацию измерять. Изначально возникла идея описывать воздействие радиации, то есть ионизирующего излучения, по его самому характерному свойству — способности, собственно, ионизировать, то есть создавать свободные носители заряда в изначально электронейтральном веществе. Так появился рентген — такая порция, или как ещё говорят, экспозиционная доза радиации, которая приведёт к образованию заряда в один Франклин (или 3,3 на 10⁻¹⁰ Кулона) в одном кубическом сантиметре воздуха при нуле Цельсия, соответственно. Интенсивность излучения решили измерять в рентгенах в единицу времени, скажем, в час, минуту, секунду и так далее. Рентген ввели в обиход в 1928 году, и пользовались им довольно долго. И чем дольше пользовались, тем больше понимали, насколько эта единица на самом деле неудобна. Дело в том, что молекулы различных веществ по-разному реагируют на одно и то же ионизирующее воздействие. Одни поломать проще, другие труднее, и так далее. Ну и в этом смысле информация о том, как излучение ионизирует воздух, нас, конечно, волнует, но не слишком. Куда интереснее, как оно воздействует на другие материалы, в первую очередь на живую ткань, которая, к слову, тоже бывает очень разной. Поэтому от конкретного вещества решили отвязаться и вместо рентгенов стали использовать Грей как единицу измерения поглощённой дозы излучения. Грей — это очень просто: это такая доза ионизирующего излучения, которая сообщает одному килограмму массы вещества (любого вещества!) 1 Джоуль энергии. Прямой формулы перевода рентгенов в греи нет, так как это совершенно разные по сути величины. Однако, в большинстве случаев можно приближённо считать, что доза поглощённого излучения в один Грей соответствует экспозиционной дозе излучения в 114 рентген. На практике для оценок "на коленке" обычно используют соотношение 1 к 100: излучение в один Грей в час — это примерно то же самое, что и 100 рентген в час.
Благодаря переходу от рентгенов к греям, мы, кстати, можем сопоставить между собой тепловое и нетепловое действие излучения. К примеру, чтобы нагреть 1 кг (то есть 1 л) воды на 1°C, нужно сообщить ей примерно 4200 Дж энергии. Иными словами, тепловое действие доза излучения в один Грей будет составлять примерно тысячные доли градуса, то есть будет совершенно ничтожным, хотя доза ионизирующего излучения в один Грей, как мы увидим чуть дальше, является более чем существенной. То есть, излучение излучению — очень большая рознь.
Впоследствии выяснилось, что одними греями ограничиться также не получится. Результат воздействия излучения на живую ткань, как выяснилось, зависит не только от количества сообщённой энергии, но и от типа частиц, которые эту энергию сообщают. Например, гамма и бета оказались примерно равны по вредоносности. Альфа-излучение при той же энергии — примерно в 20 раз более разрушительным. Разрушительность нейтронных потоков — где-то посерединке между ними. Поэтому решили ввести ещё одну единицу измерения — зиверт, который характеризует именно биологический эффект воздействия излучения на организм. Один зиверт примерно равен одному грею для гамма-лучей, рентгеновских лучей и потоков электронов (то есть бета-лучей), двадцати — для альфа-частиц, двум — для потоков протонов и так далее. Коэффициент перевода зиверта в Грей для нейтронов зависит от их кинетической энергии и варьируется от 2,5 до примерно 21.
Проще понять на примере: пусть поглощённая доза составляет три Грея, но из этих трёх один пришёлся на облучение от альфа-источников, один — на гамма-излучение, и один — на бета. В этом случае доза облучения в зивертах, или как ещё говорят, эквивалентная доза облучения, составит 20 + 1 + 1 = 22 зиверта. Иногда, особенно в литературе сорока-пятидесятилетней давности, можно встретить такую единицу измерения эквивалентной дозы, как бэр (биологический эквивалент рентгена). Как несложно понять, в зиверты она пересчитывается так же, как рентген в греи, путём деления на 114, а если приближённо, то на 100.
В медицине и биологии всё ещё чуть-чуть хитрее. Там нужно учитывать также, что разные органы и ткани реагируют на ту же эквивалентную дозу облучения по-разному. Например, одна и та же доза облучения в зивертах может стать губительной для костного мозга или слизистой оболочки кишечника, но останется практически незамеченной для костей или мышц. Поэтому в медицине, помимо эквивалентной дозы облучения, вводят ещё эффективную дозу, равную эквивалентной, умноженной на весовой коэффициент, свой для каждого типа ткани или органа. Кроме того, различные радионуклиды в организме по-разному: одни выводятся из него достаточно быстро в процессе обмена веществ, другие, наоборот, имеют свойство оседать в тканях и органах. Например, упомянутый выше стронций по неудачном стечению обстоятельств химически мало отличается от кальция, и поэтому организм любит его накапливать в костях, что ни к чему хорошему, конечно, не приводит. Но эти вопросы мы оставим биологам и медикам, у нас тут всё-таки больше про физику.
Потому что с физической точки зрения всё тоже непросто. Помимо различной, так сказать, разрушающей способности, разные виды радиации обладают также различной проникающей способностью, то есть возможностью частиц этого излучения проникнуть в организм и наделать там бед. Например, номинально самая опасная альфа-излучение обладает ничтожной проникающей способностью. Массивные и неповоротливые альфа-частицы по факту не способны пробить защиту в виде слоя обычного воздуха толщиной в десяток сантиметров и застревают даже в верхнем мёртвом слое кожи. Так что при внешнем облучении для организма они практически не опасны. С чистыми альфа-источниками можно работать без особых мер предосторожности, например, с тем же ураном работают в обычных перчатках, а уж сделанных с добавлением урана материалов, вроде знаменитого уранового стекла, и речи не идёт — оно не опаснее обычного хрусталя. Надо лишь следить за тем, чтобы альфа-излучатели не попали внутрь организма, скажем, в виде пыли с воздухом, водой или пищей. Вот в этом случае альфа-частицы смогут реализовать свой потенциал в полной мере. Именно поэтому в условиях радиационного заражения местности альфа-излучателями свинцовые трусы вовсе не понадобятся — достаточно будет простого респиратора, очков и перчаток. В общем, всё как при ковиде.
Электроны бета-лучей обладают большей проникающей способностью. Для живой ткани она составляет уже сантиметры, поэтому бета-источники для организма куда более опасны. Даже при внешнем облучении они вполне способны вызвать радиационные ожоги кожи, глаз и других тканей. С другой стороны, достаточно толстый слой одежды вполне способен перехватить, если не все агрессивные электроны, то по крайней мере большую часть. Однако, следует помнить, что бета-излучение очень часто соседствует с гамма-излучением, а у того проникающая способность вообще, слава богу, причём по разрушительной способности гамма-лучи, как мы видели выше, тем же бета-лучам не уступают.
Самая неприятная история с нейтронными потоками, которые совмещают высокую разрушительную способность со значительной проникающей способностью. Кстати, от нейтронных потоков свинцовые трусы тоже не помогут. Даже наоборот, в плотных материалах нейтроны с энтузиазмом создают источники вторичной наведённой радиации. Наилучшей защитой от нейтронных потоков являются толстые слои веществ, состоящих из лёгких атомов, вроде водорода, бериллия и так далее. Например, на практике в качестве щита от нейтронов отлично подходит обычная вода, каждая молекула которых содержит два атома водорода. Впрочем, лучшим способом защиты от нейтронного излучения является держаться от него подальше. К счастью, как мы говорили, в реальной жизни шансы встретиться с мощными нейтронными потоками, ну и если конечно не лезть, скажем, в работающий ядерный реактор.
Ну и теперь, обогащённые всеми этими знаниями, мы можем наконец перейти к последнему вопросу: какие дозы радиации и плотности потоков ионизирующего излучения опасны и чем именно? Здесь сразу следует оговориться, что в современном мире господствует концепция, согласно которой совершенно безопасных доз радиации вообще не существует. Действительность: пусть обычно организм легко устраняет последствия данной конкретной дозы облучения, никто не может поручиться, что данный конкретный гамма-квант или загулявший электрон не повредит ДНК той или иной клетки, и что потом иммунная система не прозевает образовавшийся дефект, и у человека не разовьётся раковая опухоль, даже в случае, если он никогда в жизни не бывал в неблагоприятной радиационной обстановке. Впрочем, радиация — это не единственная причина онкологических заболеваний. Так что к вопросу обычно всё-таки подходят статистически, вводя понятие так называемых безопасных доз облучения, то есть таких доз, которые скорее всего никак не повлияют и на здоровье самого человека, ни на здоровье его потомков.
В настоящее время в большинстве стран принята граница безопасной дозы облучения в 5 миллизиверт (или тысячных зиверта) в год. Проще говоря, если вы получили такую дозу, то никакого вреда для здоровья вам скорее всего не будет. В году примерно 8766 часов, так что 5 миллизиверт в год соответствует примерно половине микрозиверта или миллионной доле зиверта в час. И такие уровни облучения, повторюсь, вполне безопасны со статистической точки зрения, то есть при облучении такой дозой ваши шансы чем-либо заболеть ничем не отличаются от таковых для тех, кто получил дозу поменьше. Естественным, невозмущённым радиационным фоном считается фон до 2 микрозиверт в час. Так что даже если вы где-то услышите, что радиационный фон там-то и там-то вдвое больше естественного, бояться здесь совершенно нечего, всё абсолютно в порядке. Впрочем, нередко нам приходится то или иное время проводить в куда более сложной радиационной обстановке. Например, в салоне пассажирского авиалайнера в полёте запросто может светить около 3 микрозиверт в час. Опасно ли это для здоровья? В общем-то, не особо. Чтобы в таких полях набрать даже один дополнительный миллизиверт в год из пяти, в воздухе надо ежегодно проводить около 330 часов. Да и вообще, вышеприведенные общепринятые нормы введены, что называется, с запасом. Вероятность заболеть раком статистически значимо растёт лишь при дозах облучения свыше 50 миллизиверт, а по некоторым данным — свыше 100 миллизиверт. В дальнейшем вероятность заболеть раком в течение жизни возрастает в среднем на 2% за каждые 50 миллизиверт облучения. Например, по данным обследования 87 500 жителей Хиросимы и Нагасаки, получивших в среднем по 250 миллизиверт радиацией, установлено, что средняя вероятность заболеть раком в течение жизни у них была примерно на 9% выше, чем у необлучённых людей. При этом следует учитывать, что средняя вероятность столкнуться с онкологическими заболеваниями в течение жизни для обычного человека без учёта радиации составляет около 20%. Так что, если вы случайно намерили даже больше микрозиверт в час где-нибудь в общественном месте, бежать оттуда со всех ног не имеет никакого смысла, а вот уведомить ответственных лиц, чтобы они разобрались, что там к чему и из-за чего, возможно, и будет иметь смысл.
Совсем иная картина — внушительные краткосрочные дозы облучения, когда у организма попросту нет времени на то, чтобы справиться с их последствиями. Так, при облучении около 100 миллизиверт в сутки постоянно в течение некоторого времени возможно развитие так называемой хронической лучевой болезни. Доза около 1000 миллизиверт (или одного зиверта), полученная в течение короткого промежутка времени порядка суток, приводит к развитию уже острой лучевой болезни. Примерно пять зиверт за то же время — это уже полулетальная доза, то есть такое поражение приводит к смерти примерно каждого второго поражённого в течение 2-3 недель. А дозы порядка восьми зиверт считаются уже абсолютно смертельными. Впрочем, доза даже в 100 миллизиверт в сутки соответствует радиационному фону примерно в 4 миллизиверта в час или 4000 микрозиверт в час, что превышает естественный фон уже в десятки тысяч раз. И возможно такое разве что при очень серьёзных радиационных авариях, да и то лишь в случае, если вам не повезло оказаться в очень сильно пострадавшей местности. Будем надеяться, что нам с вами с подобными уровнями радиации столкнуться не придётся, и знания о том, что такое радиация, пойдут нам с вами на пользу лишь в плане общего интеллектуального развития.