Радиация

ФГБОУ  ВПО

 

 

«Алтайский государственный аграрный университет»

 

 

 

 

 

   Реферат на тему:

 

Радиация

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Выполнила: 

                            Студентка 1 курса

526 группы 

Хрипкова  Анастасия Анатольевна

                                                                                            

                      

                                                                                             Проверил:

                                                                                             Поскотинова Ольга Николаевна

 

 

 

 

   Барнаул 2013 

Содержание

 

 

 

 

 

Введение 2

 

1. Открытие радиоактивности 2

 

2. Радиация в медицине 3

 

3. Виды радиации 4

 

4. Радиоактивность и ядерная энергия 5

 

5. Радиоактивные ряды 8

 

6. Счетчик Гейгера 8

 

7. Правило смещения 8

 

8. Период полураспада 10

 

^{9. Закон радиоактивного распада} 10

 

10. Атомные электростанции 11

 

11. О вредности радиоактивного излучения 11

 

Заключение………….………………………………………………………………………………. 12

 

 

 

 

Введение

Мне, как будущему ветеринарному  врачу  очень интересно и важно  знать  о явлении радиоактивности  и о ее влиянии на живые организмы. Многие люди воспринимают слово радиация как обозначение чего-то страшного, смертельного и при этом абсолютно непонятного. Это нечто, которое прорывается наружу после взрыва атомной электростанции, быстро проникает в воздух, воду и почву и убивает всё живое, или же поражает тяжёлыми болезнями. Но не многие знают, что радиация используется в медицине в диагностических целях и для лечения болезней. Радиация эффективна при лечении рака, так как она лишает раковые клетки возможности размножения. Клетки рака более подвержены губительному воздействию радиации, чем здоровые клетки. Радиация используется для лечения многих видов рака, и уже несколько десятилетий с ее помощью лечат рак предстательной железы. И поэтому моя задача рассказать об этом явлении более подробно.

 

1. Открытие радиоактивности

Явление естественной радиоактивности  открыл французский физик А.Беккерель  в 1896 г. Он случайно обнаружил, что кусок  урановой руды засвечивает фотопленку, плотно упакованную в черную бумагу. В то время физики не смогли объяснить  наблюдаемое явление, и неизвестное  излучение сначала назвали икс-лучами. А.Беккерель занялся изучением  неизвестных лучей, и 23 ноября 1896 года мировая научная общественность узнала, что эти лучи свойственно  испускать урану или его соединениям. С 1897 г. к изучению Х-лучей подсоединились супруги Мария Склодовская и  Пьер Кюри. Со временем М. Склодовская-Кюри обнаружила, что способность урана  испускать Х-лучи присуща и торию. Она же ввела в обиход новое  название для веществ, таких как  уран и торий, - радиоактивные. Супругам Кюри наука обязана также открытием  еще двух веществ, природная активность которых в сотни, раз превышает  активность урана, - это полоний и  радий.  
В этот же период в Кембридже директор Кавендишской лаборатории профессор Дж.Дж.Томсон изучал так называемые катодные лучи, открытые в 1895 г. В.Рентгеном. Это лучи, которые излучает накаленный катод электронно-лучевой трубки под воздействием ультрафиолетового света. Исследования Томсона позволили сделать вывод, что радиоактивное и катодное излучения имеют общую природу. Так была открыта искусственная радиоактивность.

 

2. Радиация в медицине

В последние годы эта проблема стала  особенно актуальной. В современной медицине радиотерапия является одним из трех ключевых методов лечения онкологических заболеваний (двумя другими являются химиотерапия и традиционная хирургия). При этом, если отталкиваться от тяжести побочных эффектов, лучевая терапия переносится гораздо легче. В особо тяжелых случаях пациенты могут получать очень высокую суммарную дозу – до 6 грей (при том, что доза порядка 7-8 Грей, является смертельной). Но даже при такой огромной дозе, когда больной выздоравливает, он зачастую возвращается к полноценной жизни здорового человека – даже дети, рожденные бывшими пациентами клиник лучевой терапии, не обнаруживают никаких признаков врожденных генетических отклонений, связанных с облучением.

Радиотерапия - это облучение опухоли  потоком лучей, иногда применяется  и в лечении доброкачественных  опухолей, препятствует росту, размножению  и распространению раковых клеток на здоровые ткани. В большинстве  случаев позволяет полностью  удалить опухоль! Иногда применяется  вместе с химиотерапией. В некоторых  же случаях, метод радиотерапии используют в предоперационный период (для уменьшения размеров опухоли) или в послеоперационный (для предотвращения размножения  раковых клеток).  
 
Принцип действия радиотерапии в том, что клетка на 60-70% состоит из воды, поэтому поток частиц радиоактивного излучения взаимодействует, прежде всего, с водой, что приводит к ее радиационному разложению.  
 
Любая клетка обладает наибольшей уязвимостью для облучения в период деления. Особенность клеток злокачественных и доброкачественных опухолей заключается в том, что они очень интенсивно делятся, следовательно, они гораздо чувствительнее к облучению по сравнению с клетками здоровой ткани. Это дает возможность подобрать условия облучения губительные для вредных клеток и относительно безопасных для здоровых.  
 
Радиоизотопная диагностика - использование радиоактивных изотопов и меченных ими соединений для распознавания заболеваний. Из типов воздействия радиотерапией выделяют:  
 
Контактный - Контактное воздействие производится при непосредственном приложении источника излучения к ткани опухоли. В связи с этим данный метод, пусть и менее вредный для окружающих тканей, используется значительно реже. 
 
При дистанционном волновом воздействии между очагом воздействия и источником излучения лежат здоровые ткани. Чем их больше, тем сложнее доставить необходимую дозу излучения к очагу, и тем больше побочных эффектов терапии. Но, несмотря на наличие серьезных побочных эффектов, этот метод наиболее распространен. Это обусловлено тем, что он наиболее универсален и доступен в использовании.  
 
Внутритканевой метод - в ткани, содержащие опухолевый очаг, вводятся закрытые источники в виде проволок игл, капсул, или открытые источники, растворы к Брахетерапия - вид радиотерапии, когда источник излучения вводится внутрь поражённого органа. Смысл метода заключается в возможности подведения максимальных доз лучевой терапии непосредственно на опухолевый очаг. Широко используется в лечении опухолей шейки матки, тела матки, влагалища, пищевода, прямой кишки, языка и предстательной железы, что изображено на рисунках ниже. Радиохирургия - медицинская процедура, состоящая в однократном облучении высокой дозой ионизирующего излучения доброкачественных и злокачественных опухолей, и др. патологических очагов с целью их уничтожения или приостановки функционирования. Чаще всего используется при опухолях мозга.  
 
Нейтрон-захватная терапия - Вид лечения с использованием реакций, возникающих между радиочувствительными медикаментами и нейтронами. При этом в опухоли предварительно накапливают бор, что повышает ее чувствительность к нейтронному излучению. Затем опухоль облучают.  
 
Протонная терапия - использует протоны для облучения больной ткани, причем наиболее часто при терапии канцерогенных заболеваний. Как проводится радиотерапия? Лечение с помощью лучевой терапии (радиотерапии) непременно включает в себя планирование. Проводится рентген, чтобы как можно более точно определить место новообразования. Таким образом, можно облучать именно опухоль, почти не затрагивая здоровые ткани.  Далее врач радиолог с помощью техника определяет местоположение опухоли и очерчивает границы поля, которое подвергается воздействию излучения, рассчитывает дозу и определяет вид облучения. 
 
Возможные побочные эффекты радиотерапии: У некоторых пациентов могут наблюдаться чувство усталости, пропажу аппетита. Поэтому во время лечения особенно важны правильное питание и хороший отдых.

 

3. Виды радиации

Различают несколько видов радиации.

• Альфа-частицы: относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия.
• Бета-частицы - это просто электроны.
• Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью.
• Нейтроны - электрически нейтральные частицы, возникают главным образом непосредственно вблизи работающего атомного реактора, куда доступ, естественно, регламентирован.
• Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но имеет меньшую энергию. Кстати, наше Солнце - один из естественных источников рентгеновского излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту.
• Ультрафиолетовое излучение и излучение лазеров в нашем рассмотрении не являются радиацией.

4. Радиоактивность и ядерная энергия

Фотоны из ядра:

Фотоны возникают, когда в электронной  оболочке электроны возвращаются из возбужденного состояния в основное. Бывают фотоны, длина волны которых  в 100 миллионов раз меньше, чем  у видимого света, зато энергия в 100 миллионов раз выше. Они возникают  не в электронной оболочке, а в  ядре так называемых радиоактивных  элементов. Атомное ядро тоже можно  привести в возбужденное состояние. Когда оно возвращается в основное, испускаются фотоны с высокой  энергией. Такие фотоны порождают  так называемое гамма (γ)-излучение, один из трех видов радиоактивного излучения. Другие два, альфа (α)- и бета (β)-, будут подробно рассмотрены  далее.

Чтобы понять, как возникает радиоактивное  излучение, вспомним строение атомного ядра. Оно состоит из двух видов  нуклонов: протонов и нейтронов. Между  нуклонами действуют огромные силы притяжения, так называемые ядерные. Эти силы невероятно велики, однако действуют они насовсем небольших расстояниях — только внутри ядра между непосредственно соседствующими нуклонами. На электронах эти ядерные силы уже вообще не сказываются. Ядерные силы всегда порождают притяжение — между нейтронами, между нейтронами и протонами и даже между положительно заряженными протонами.

Ядерные силы настолько велики, что  почти невозможно представить. Чтобы  оторвать  друг от друга нуклоны  в ядре, требуются невероятные  количества энергии. Для наглядности рассмотрим следующий пример: если взять грамм гелия и отделить от каждого атома по одному нейтрону, понадобится 500 миллиардов джоулей. Такого количества энергий альпинисту хватит для 80000 восхождений на Эверест. Чтобы обеспечить такую потребность в энергии шоколадом, альпинисту пришлось бы съесть 250000 плиток. 

Чем тяжелее элемент, тем больше нуклонов в ядре, в том числе  и протонов. Помимо ядерных сил  притяжения, между положительно заряженными  протонами действуют и значительные электрические силы отталкивания. Однако сила отталкивания растет непропорционально  числу протонов. Скажем, если их количество увеличить в десять раз, сила отталкивания возрастет в сто. Поэтому при  большом числе протонов атомное  ядро может стать нестабильным. Если в ядре достаточно нейтронов, силы притяжения возобладают, и ядро останется стабильным. Однако если стабилизирующих нейтронов  мало, то ядро не сможет существовать бесконечно: рано или поздно оно распадется.

Альфа-излучение:

При распаде атомного ядра возникает  три вида радиоактивного  излучения: α-, β- и γ-. При α-излучении из ядра вылетают маленькие "пакеты", состоящие из двух протонов и двух нейтронов. Эти "пакеты" идентичны ядру атома гелия.

Излучающее ядро теряет 4 нуклона. Отдавая при этом 2 протона, оно  лишается и 2 электронов из оболочки. Таким  образом, атом превращается в другой химический элемент. Тяжелый металл радий, например, после альфа-распада  переходит в благородный газ  радон.

Если при радиоактивном распаде  альфа-частицы просто "выпадали" бы из ядра, то такое излучение не представляло бы опасности и не могло  бы причинить вреда нашим клеткам. Но в действительности альфа-частицы  вылетают из атомного ядра с невероятно высокой скоростью до 20000 километров в секунду. Это более 70 миллионов  километров в час.

Несмотря на высокую скорость, альфа-частицы  легко остановить, и они не могут  попасть вглубь вещества: по сравнению  с бета-частицами они огромны  и поэтому не обладают такой проникающей  способностью. Лист бумаги, легкая летняя одежда, даже внешний роговой слой нашей кожи уже способны задержать  их.

Однако они очень опасны, если, например, вдохнуть или проглотить радиоактивную пыль. В наших незащищенных внутренних органах за свой короткий путь альфа-частицы успевают разрушить  ближайшие клетки и нанести серьезный  вред. Если задетая клетка и выживает, часто возникают раковые новообразования с летальным исходом. Можно сказать, что внутри нашего тела альфа-лучи закладывают бомбу замедленного действия.

 

Бета-излучение:

 

Теперь понятно, почему элемент становится нестабильным, когда число протонов значительно  превышает число нейтронов. Удивительно, но ядро становится нестабильным и  тогда, когда число нейтронов  заметно превышает число протонов — в природе встречается и  такое. Нестабильность ядер, богатых  нейтронами, обусловлена сочетанием множества факторов, понятных только профессиональным физикам-ядерщикам.

Чтобы достичь  стабильного состояния, ядро стремится  избавиться от избыточных нейтронов. Однако это весьма сложно, поскольку нейтроны удерживаются мощными ядерными силами.

Чтобы "отделаться" от лишних нейтронов, природа придумала  одну хитрость: нейтрон распадается  на протон и электрон. Протон остается в ядре, электрон его покидает. При  этом скорость только что возникшего электрона может приближаться к  скорости света — 300000 км/с.

Эти быстрые  электроны формируют уже опоминавшиеся  бета-излучение. Бета-излучение проникает  в тела глубже, чем альфа-, однако причиняет меньше вреда, поскольку легче проходит сквозь вещество. Его воздействие распределяется на множество клеток, поэтому последствия для каждой отдельной клетки не так серьезны.

 

Гамма-излучение:

Сильная отдача вылетающих бета-частиц приводит ядро в возбужденное состояние. Разумеется, оно нестабильно, и ядро возвращается в основное состояние. Энергия возбуждения высвобождается в форме фотона с высокой энергией и чрезвычайно короткой длиной волны. Эти фотоны представляют собой гамма-излучение. (Поскольку гамма-излучение возникает  лишь при ядерных переходах, а  не при распаде ядра, термин "гамма-распад" не вполне корректен, скорее его можно  назвать "гамма-переходом".)

γ-излучение  обладает огромной энергией и может  нанести живым существам значительный ущерб. Проникая в тело, оно повреждает клетки, а во многих случаях и  генетическую информацию.

γ-излучение  можно сравнить с рентгеновским, которое тоже проходит через наше тело и уже давно служит важным медицинским инструментом. Однако энергия  квантов рентгеновского излучения  не так высока, как у γ-квантов. Просвечивая рентгеновскими лучами человеческое тело, исследуют, например, переломы костей.

γ-лучами можно, к примеру, просвечивать сварные  швы несущих поверхностей самолетов  для поиска разрывов, возникающих  под избыточной нагрузкой.

γ-лучи без  проблем проходят даже через толстые  свинцовые плиты.

Их энергия  примерно в 1000 раз выше, чем у рентгеновских, однако и те и другие почти одинаково опасны для организма. Поэтому при облучении рентгеновскими лучами следует избегать больших доз.

 

 

5. Радиоактивные ряды

Часто распад ядра происходит в несколько  последовательных этапов. Это называется радиоактивным рядом. Через альфа-распады  ядро постепенно уменьшает свое число  нуклонов, пока не достигнет стабильного  конечного состояния — в большинстве  радиоактивных рядов это элемент  свинец. Нередко между альфа-распадами  происходят еще и бета-распады, сопровождаемые гамма-переходами. Представленный радиоактивный  ряд состоит из 15 ступеней, ведущих  от урана к стабильному свинцу.