Виды излучений: классификация, природа излучений, применение, влияние на здоровье

Ионизирующее излучение влияет на клетки человека, вызывая мутации и хронические заболевания. Но при правильном использовании оно приносит большую пользу в медицине, науке и технике. Давайте разберемся, какие бывают виды излучений и как они воздействуют на наш организм.

1. Основные понятия об излучении

Излучение – это энергия, которая перемещается в пространстве в виде волн или частиц. Существуют разные виды излучений, отличающиеся по своим свойствам.

По способности ионизировать атомы все излучения делят на два больших класса:

• Неионизирующее излучение – не может вырывать электроны из атомов вещества.
• Ионизирующее излучение – обладает достаточной энергией для ионизации атомов.

К основным источникам излучения относят:

1. Природные объекты – Солнце, радиоактивные минералы в земле.
2. Техногенные устройства – ядерные реакторы, ускорители, рентгеновские аппараты.

Действие любого излучения на вещество сводится к передаче энергии атомам и молекулам. Это приводит к нагреву, химическим реакциям, ядерным превращениям.

2. Неионизирующие излучения

К неионизирующим относят электромагнитные излучения от радиоволн до видимого света. Они не могут разорвать химические связи в клетках.

Наиболее распространенные виды неионизирующих излучений следующие:

• Радиоволны
• Инфракрасное излучение
• Видимый свет
• Ультрафиолет

Основными источниками неионизирующих излучений являются:

• Солнце
• Лампы накаливания и галогенные лампы
• СВЧ печи
• Мобильные телефоны

Длительное воздействие мощных потоков неионизирующего излучения часто приводит к нагреву тканей, ожогам, нарушениям терморегуляции. Но в относительно малых дозах это излучение достаточно безвредно для здоровья человека.

Неионизирующие излучения широко применяются в быту, медицине, промышленности и науке. Для защиты от пагубного влияния такого излучения достаточно экранирования, светофильтров, теплоизоляции, систем охлаждения.

3. Ионизирующие излучения

Ионизирующие излучения образуются при неустойчивости атомных ядер. Они переносят достаточно энергии чтобы вырывать электроны из атомов и молекул вещества, в том числе клеток живого организма.

Основные виды ионизирующих излучений включают:

• Альфа-излучение
• Бета-излучение
• Гамма-излучение
• Нейтронное излучение

Источники ионизирующих излучений следующие:

1. Естественные – это космическое излучение, радиоактивные изотопы в земле, пище, стройматериалах, организме человека.
2. Искусственные – это ядерные реакторы, ускорители частиц, рентгеновские трубки, радиоактивные препараты.

Ионизирующая радиация разрушает клетки организма, приводит к ожогам, лучевой болезни, онкологическим заболеваниям. Для защиты от таких пагубных воздействий применяют экраны из свинца, бетона, воды, а также крайне ограничивают время контакта с источниками самих излучений.

Несмотря на опасность, ионизирующие излучения совершенно незаменимы в ядерной энергетике, научных исследованиях, медицинской диагностике и лечении онкологических заболеваний.

4. Альфа-излучение

Альфа-излучение представляет собой поток ядер гелия. Альфа-частицы состоят из двух протонов и двух нейтронов, имеют положительный заряд +2 и массу, примерно в 4 раза больше массы протона.

Из-за большой массы и заряда, альфа-частицы плохо проникают сквозь вещество. Их может остановить лист бумаги или несколько сантиметров воздуха. Поэтому альфа-излучение не представляет опасности для организма снаружи. Однако при попадании радиоактивных альфа-излучателей внутрь с пищей, водой или воздухом, они становятся крайне опасными, разрушая клетки изнутри.

К основным источникам альфа-частиц относятся:

• Радий-226, полоний-210, радон-222 (естественные радиоактивные элементы)
• Плутоний-238, америций-241 (искусственно полученные радионуклиды)

Альфа-излучатели применяются в датчиках задымленности, приборах ночного видения, источниках питания космических аппаратов.

Для защиты от альфа-частиц обычно используют изолирующие материалы, вентиляцию, системы фильтрации воздуха и воды, всевозможные специальные личные средства защиты.

5. Бета-излучение

Бета-излучение представляет собой поток электронов или позитронов. Эти частицы имеют малую массу и высокую проникающую способность. Бета-частицы могут проходить сквозь несколько миллиметров металла или сантиметров воды и взаимодействовать с живой тканью.

К бета-активным радионуклидам относятся:

• Тритий, углерод-14 (естественные)
• Стронций-90, цезий-137 (искусственные)

Бета-излучатели применяются в медицине, биологии, промышленности. Для защиты от этого типа излучений используют пластины из алюминия и пластика, пленки, спецодежду.

6. Гамма-излучение

Гамма-излучение представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение, аналогичное рентгеновским лучам. Гамма-лучи обладают наивысшей проникающей способностью, поэтому самые опасные для человека.

Источники гамма-излучения:

• Радиоактивный распад атомных ядер
• Ядерные реакции
• Торможение заряженных частиц в веществе

Гамма-лучи широко используются в медицине для уничтожения опухолей, в радиографии металлов, при обработке пищевых продуктов.

Для защиты применяют толстые экраны из свинца и бетона, а также ограничивают время контакта с источниками гамма-излучения.

7. Нейтронное излучение

Нейтронное излучение - это поток электрически нейтральных нейтронов. Они образуются в ядерных реакциях или при радиоактивном распаде атомных ядер.

Нейтроны не имеют заряда, поэтому глубоко проникают внутрь вещества и вступают в ядерные реакции с атомами. Эти вторичные ядерные реакции порождают ионизирующее излучение, разрушающее живые клетки.

Нейтронные источники и установки используются в научных экспериментах по физике атомного ядра, для обработки материалов, в нефтедобыче.

Для защиты от нейтронов применяют толстые слои воды, бетона, парафина, а также специальные сплавы и соединения с водородом и бором, хорошо поглощающие нейтроны.

8. Биологическое действие ионизирующих излучений

Ионизирующая радиация оказывает сильное повреждающее действие на живые организмы. Проходя через ткани, она разрывает молекулы ДНК, белков, липидов в клетках.

Эффекты облучения зависят от поглощенной дозы:

• Малые дозы - головные боли, усталость, снижение иммунитета.
• Средние дозы - лучевая болезнь, ожоги, стерильность.
• Большие дозы - лучевые ожоги, разрушение тканей, смерть.

Долгосрочные последствия ионизирующего излучения - повышенный риск рака, наследственные дефекты у потомства облученных людей.

9. Принципы защиты от ионизирующих излучений

Для защиты от ионизирующих излучений используют следующие методы:

1. Экранирование источников излучения экранами из свинца, бетона и других плотных материалов.
2. Ограничение времени нахождения рядом с источниками с помощью дистанционного управления и автоматики.
3. Использование средств индивидуальной защиты - спецодежды, масок, очков, перчаток.
4. Герметизация оборудования и помещений, вентиляция и фильтрация воздуха.

Важнейший принцип радиационной безопасности - сокращение времени облучения за счет быстрых и четких действий персонала с источниками излучения.

10. Дозиметрический контроль

Для измерения интенсивности ионизирующих излучений и контроля доз облучения персонала используются приборы - дозиметры ионизирующих излучений.

Различают следующие виды приборов дозиметрического контроля:

• Персональные дозиметры для контроля индивидуальных доз
• Стационарные дозиметры для контроля радиационной обстановки
• Поисковые приборы для обнаружения и локализации источников излучения

Дозиметрия позволяет оперативно реагировать на любые отклонения радиационной обстановки и предотвращать появление радиационной опасности.

11. Радиационная безопасность установок

Эксплуатация любых источников ионизирующего излучения должна обеспечивать полную радиационную безопасность для персонала и населения согласно нормам и правилам в атомной отрасли.

Для этого ядерные установки оснащают комплексом систем защиты:

• Физические барьеры на пути распространения излучений.
• Автоматические системы аварийной защиты и локализации радиоактивности.
• Конструкционные материалы, стойкие к радиации.

Предусматривается резервирование, многоступенчатый контроль и комплексное тестирование с целью исключения возможности радиационных аварий и минимизации их последствий.

12. Применение ионизирующих излучений в медицине

Ионизирующие излучения широко используются в медицинской диагностике и лечении заболеваний. Они позволяют без хирургического вмешательства получать изображения внутренних органов и воздействовать на патологические очаги в организме человека.

Основные медицинские применения:

• Рентгенодиагностика с ипользованием рентгеновских аппаратов.
• Радионуклидная диагностика с введением радиоактивных маркеров.
• Лучевая терапия опухолей.
• Стерилизация медицинских изделий и инструментов.

Для защиты пациентов и персонала активно внедряются цифровые малодозовые технологии диагностики, оптимизируются протоколы процедур, используются индивидуальные средства защиты.

13. Ионизирующие излучения в промышленности

В промышленности источники ионизирующих излучений используются для контроля качества изделий, автоматизации и оптимизации технологических процессов.

Некоторые области применения:

• Дефектоскопия материалов и сварных соединений в машиностроении.
• Аналитический контроль химического состава сырья и продукции.
• Радиационная стерилизация изделий медицинского назначения.
• Радиационная обработка пищевых продуктов для увеличения сроков хранения.

Промышленные установки, использующие источники ионизирующего излучения, оснащаются многоуровневыми системами радиационной защиты в соответствии с нормативными требованиями.

14. Радиационные аварии

Наиболее масштабные радиационные аварии произошли на предприятиях атомной отрасли и связаны с повреждением активной зоны ядерных реакторов и выбросом в окружающую среду большого количества радиоактивности.

Крупнейшие радиационные аварии в истории:

• Чернобыльская авария на АЭС (1986 г)
• Авария на АЭС Фукусима-1 после цунами в Японии (2011 г)
• Кыштымская авария на химкомбинате "Маяк" (1957 г)

Последствиями радиационных аварий становились многочисленные жертвы и заражение обширных территорий на долгие годы.

Для предотвращения аварий и смягчения их последствий проводятся работы по повышению безопасности атомной энергетики.

15. Радиационный контроль окружающей среды

Для обеспечения радиационной безопасности населения проводится регулярный мониторинг радиационной обстановки в окружающей среде с помощью специальных служб радиационного контроля.

Осуществляются следующие виды контроля:

• Измерение мощности дозы гамма-излучения.
• Отбор и анализ проб воздуха, воды, почвы, продуктов на содержание радионуклидов.
• Оценка доз внешнего и внутреннего облучения населения в разных регионах.

При превышении допустимых норм проводятся мероприятия по дезактивации местности и защите населения.

16. Радиофобия

Радиофобия - это навязчивый необоснованный страх радиации, основанный на предубеждениях и недостатке знаний о ее реальном влиянии.

Основные причины радиофобии:

• Информационные вбросы и слухи в СМИ.
• Использование темы радиации в политической борьбе.
• Непонимание населением научных данных по радиобиологии.

Для борьбы с радиофобией необходимы:

1. Разъяснение реальных рисков специалистами.
2. Обучение населения основам радиационной безопасности.
3. Гласность и открытость информации по уровням облучения.

17. Ядерное оружие

Самым губительным видом применения ионизирующего излучения является ядерное оружие, основанное на использовании неуправляемой цепной реакции деления тяжелых атомных ядер.

Последствия ядерных взрывов:

• Разрушение зданий и сооружений ударной волной.
• Мгновенная гибель людей от ожогов и ударной волны.
• Отдаленные эффекты от радиоактивного заражения местности.

Целью ядерного оружия и связанной с ним гонки вооружений является лишь запугивание и шантаж политических оппонентов под угрозой тотального уничтожения, что абсолютно неприемлемо с моральной и этической точки зрения.