X 
Пожар новостей: 558
Война в Украине новостей: 4027
Вырубка деревьев новостей: 198

Как правильно бояться ядерной бомбы. Часть 2

1 дек. 2022, 9:45 (обновлено 1 дек. 2022, 19:00)   Аналитика
6194 0

Разговоры о возможности применения «грязной ядерной бомбы», о ядерном взрыве в последнее время беспокоят и будоражат общество. Подробнее разобраться в том, что такое радиация, что собой представляют радиоактивные вещества и как они влияют на организм человеека, попытался физик, главный редактор журнала «Геоэнергетика» Борис Марцинкевич в одном из своих видео эфирах. Свое выступление он сделал в максимально доступной для массового читателя форме.

Радиация природная и искусственная

Существует отдельная наука, радиохимия, которая как раз и занимается всеми этими радиоактивными семействами, цепочками, поискам причинно-следственной связи цепочек радиоактивных распадов.

Но радиохимия – это разговор о тех ядрах, которые получились после распадов. А нас с вами сегодня интересует само радиоизлучение. То есть альфа, бета и гамма частицы. Почему? Доза энергии, которую несет каждая радиоактивная частица, ничтожна. Для примера: в одном грамме такого привычного нам углерода содержится одна миллиардная. Радиоактивная частица как результат распада одного атома – ничтожна. А вот радиоактивная частица как результат распада одного грамма радиоактивного вещества – это уже серьезно.

При этом экспериментально установлено, что все химические вещества с порядковым номером больше 82, радиоактивны без исключения. Напомним, что самый тяжелый из существующих на нашей планете химических элементов это уран, порядковый номер 92. Так что естественных радиоактивных веществ на земле всего десять: висмут, полоний, астат, радон, франций, радий, актиний, торий, протоактиний и уран. Все они относятся к крайне редким, так что нарваться на радиоактивную опасность на природе у нас шансы почти нулевые.


Ну а химические элементы с порядковыми номерами более 92 могут быть созданы только искусственно, в атомных реакторах. Так что самый большой враг человека – сам человек.

По какой причине нет никакого резона впадать в истерику, пугаться от самого слова «радиоактивность»? Пробег альфа-частиц в воздухе не превышает нескольких сантиметров. Проникающая способность в мягкие биологические ткани – десяток-другой микромеров. Пробег бета-частиц в воздухе – не более 10 метров. Проникающая способность в мягкие биологические ткани – несколько миллиметров. Защита от альфа-частиц – лист бумаги, защита от бета-излучения – обычное стекло, которое заведомо задержит и альфа-частицы тоже.

С гамма-лучами сложнее, тут без свинца уже не обойтись. Их воздух и прочие мелочи остановить уже не способны. Без защитных спецсредств уже не обойтись.

Раз уж мы вспомнили про искусственные химические элементы, то есть смысл вспомнить и про нейтронное излучение, то есть поток свободных нейтронов. Они возникают только в ядерных реакторах и при ядерных взрывах, в природе это излучение не встретишь. Время жизни свободного, не находящегося в ядре атома нейтрона – 880 секунд, менее 15 минут. Дальше он распадается на тем самые протоны и электроны, в таком случае нейтрон становится источником бета-излучения.

Но если свободные нейтроны образуются в результате ядерного взрыва, они несут серьезное количество энергии и при своем полете взаимодействуют с атомами воздуха. Если эти атомы захватывают свободный нейтрон, то атомы тут же становятся радиоактивными, тут же выдают вторичное излучение, в том числе и гамма-излучение. Если включается режим «нейтрон ударился и отскочил», то мы получаем ионизацию атома. Добравшись до мягких тканей (то есть до человеческого организма), свободный нейтрон проникает достаточно глубоко, поскольку электрического заряда у него нет. Для защиты требуется комбинация слоев из легких и тяжелых элементов. Сначала нейтрон нужно замедлить. Это вода, парафин, полиэтилен. Затем нужен поглотитель: бор, кадмий.

Но поглощение нейтрона тут же даст гамма-излучение, поэтому нужен еще и слой стали или свинца. Крайне сложная защита, что уравновешивается только тем, что способ получить нейтронное излучение, губительное для человека, только один: ядерный взрыв.

Нейтронная бомба: себе дороже

Во второй половине 70-х прошлого века была создана так называемая нейтронная бомба, разновидность ядерного оружия. Первыми ее разработали в США. Термоядерный взрыв – мощнейший источник свободных нейтронов. Корпус нейтронной бомбы делают прозрачным для них, из никеля, из хрома или вольфрама. При этом сам термоядерный взрыв минимизируют до нескольких килотонн. В результате 80% энергии взрыва уходит именно на плотнейший, в 14 раз более интенсивный поток свободных нейтронов, при не самой мощной ударной волне и световом излучении.

Разрабатывалось нейтронное оружие как тактическое, то есть для применения на поле боя, взрывая над колонной противника, тем самым обеспечивая быстрое и полное уничтожение живой силы в радиусе 2,5 км при минимальных разрушениях инфраструктуры. Образующиеся радиоизотопы получаются коротко живущими. По уверениям авторов-разработчиков, уже через 12 часов освобожденную от противника территорию можно занимать без риска.

В чем плюс, по мнению разработчиков? Колонна противника – это бронетехника, то есть только сталь, 15-миллмитровый слой которой способен задержать только 20% свободных нейтронов. То есть экипажи бронетехники уничтожаются гарантированно. Свободные нейтроны – в теле человека, и они ионизируют все ткани, мгновенно нарушается работа всех внутренних органов. И это – помимо лучевой болезни. Однако компьютерное моделирование показало ошибки в расчетах. Воздух слишком качественно поглощает свободные нейтроны. Радиус гарантированного поражения при термоядерном взрыве в одну килотонну – всего 1350 м. А это только на 350 м больше радиуса поражения от самого взрыва. А вот трития для нейтронной бомбы требуется в несколько раз больше, чем для классической термоядерной бомбы. Так что единственная причина того, что на вооружение США отсутствуют нейтронные боезаряды – сугубо меркантильная: дорого, а смертей маловато.

И только по этой причине нейтронное излучение, как разновидность радиоактивного – это больше экзотика, и не имеет никакого отношения к нашей теме про «грязную бомбу».

В чем мерить?

Для оценки измерения радиоактивности применяются разные единицы. Например, международная система измерений. В ней единицей измерения радиоактивности является один беккерель, активность источника излучения в котором за одну секунду в среднем происходит один радиоактивный распад. Один беккерель – единица микроскопическая, поэтому чаще использую более крупную производную, мегабеккерель.

Важно помнить, что радиоактивность в беккерелях - это исключительно о физических свойствах источника излучения, а не о том вреде, который от радиоактивности могут получить живые организмы. Идет, например, жесткое гамма-излучение от искусственно созданного америция, который отделен от наблюдателей метровой толщины освинцованным стеклом – и пусть себе. Никому не мешает.

Беккерель удобен для описания удельной, объемной и поверхностной радиоактивности: сколько излучает один кг, один кубометр или один кв. м того или иного радиоактивного материала. В прессе часто используют такую единицу измерения радиоактивности как кюри. Один кюри – это 37 миллиардов беккерелей.

Повторимся, беккерель или кюри - это только потенциальная угроза человеку, который либо не знает о наличии радиоактивности, либо не предпринимает никаких защитных мер. Чтобы опасность стала реальной, этот материал должен контактировать тем или иным способом с человеческим организмом. Чем больше беккерелей имеет тот или иной материал, тем он опаснее именно потенциально. Опасным такой атом становится только в том случае, если мы неосторожно с ним обращаемся или некие недобрые люди принуждают нас к тесному контакту с радиоактивными веществами.

Нежелательная встреча. Как возникает ионизация

Что, собственно говоря, происходит, когда то или иное радиоактивное излучение в своем полете встречается с нашим организмом? Вот летела по своим делам альфа-частица или бета-частица. Вот – на пути стоит человек. Любой из видов радиоизлучения, а также свободные нейтроны, врезаясь в наши тела, встречаются со вполне стабильными до этого момента атомами, либо превращая их в нестабильные изотопы, либо вызывая их ионизацию.

Напомним, что такое ионизированные атомы. В стабильном состоянии число протонов в ядре атома строго равно числу электронов, находящихся на орбиталиях вокруг ядра. Радиоактивная частица, обладая немалой для мира атомных частиц энергией, вполне способна сорвать с орбиталия электрон. К примеру, альфа-частица имеет обще положительный заряд, и отчего бы ей не «прихватить» с собой электрон, который по неосторожности слишком далеко отодвинулся от ядра своего атома. Электрон улетел, его родной атом остался без единичного отрицательного заряда. То есть теперь общий заряд атома стал равен плюс единице.

Бета-минус частица – это, как уже говорилось, электрон, который может присоединиться к электрону на орбиталиях вокруг того или иного ядра атома. Заряд электрона - минус один, то есть теперь и атом заимел единичный отрицательный заряд.

В обоих случаях бывший стабильный атом перестает быть стабильным. И вполне возможно, что от нестабильности он начнет избавляться за счет во такой наведенной радиоактивности, которую вполне заслуженно называют вторичной.

А дальше – все по той же схеме с радиоактивными семействами. Наш родной атом начинает последовательно сбрасывать возникшее напряжение за чет альфа-, бета- и гамма-излучения, пока не доберется до своего островка стабильности и не стабилизируется. Вот только этот стабильный атом будет уже атомом совершенно другого химического вещества, что изменит характеристики молекулы, в состав которой он изначально входил

Аналогичная ситуация – и с соседними атомами. Электроны ведь отвечают за химические связи с соседними атомами, потому и лишние или недостающие электроны вполне способны эти химические связи изменить. Результаты получаются плачевными. Меняется химический состав важных для функционирования организма органов, нарастают медицинские проблемы. Степень вреда, причиненного живому организму ионизирующим излучением, зависит от поглощенной дозы этого излучения. То есть от количества энергии ионизирующего излучения, переданной веществу.

Коэффициент вреда

За единицу поглощенной дозы в международной системе единиц принимают один грей – один джоуль энергии на один кг вещества. Однако экологи чаще используют такую единицу, как радо. Один радо – это одна сотая грея. Поглощенная доза не отражает экологический эффект излучения. Грею все равно, рассчитывают его для живого или неживого вещества, рассчитан он для альфа-, бета- или гаммы-излучения. Разные органы и ткани человеческого организма реагируют на радиоизлучение по-разному. Одно дело – кости, состоящие в основном из кальция, другое дело – желудок, кожа, легкие…

Чтобы правильно оценить вклад излучения для конкретного органа или ткани в общий вред здоровью, наносимый равномерным излучением всего тела, Международная комиссия по радиационной защите ввела безразмерный взвешивающий коэффициент для органов и тканей человека. Идея проста: сумма всех этих коэффициентов должна быть равна единице. То есть общий вред организму состоит из отдельных «вредностей» для каждого из 27 органов и тканей. Наибольший вред радиация наносит костному мозгу, толстому кишечнику, желудку и молочным железам, для которых взвешивающий коэффициент принят по 0,12 для каждого. Взвешивающий коэффициент для мочевого пузыря, печени, пищевода и щитовидной железы – 0,04 для каждого. Наша кожа, клетки костных поверхностей, мозг и слюнные железы не менее восприимчивы к радиации: взвешивающий коэффициент у них по 0,01. На остальные 14 органов и тканей вместе взятых, приходится оставшиеся до единицы 0,32. Расчетами всех этих взвешивающих коэффициентов занимается упомянутая уже Международная комиссия по радиологической защите.

Величины коэффициентов время от времени изменяются по мере накопления новых данных. Данные, слава Богу, накапливаются очень неторопливо: их ведь получают при медицинских анализах людей, подвергшихся радиоактивному заражению.

Используя взвешивающие коэффициенты, мы можем определить, какой вред каким органам приносит поглощенная доза. Умножаем поглощенную дозу на взвешивающий коэффициент для печени – получаем силу радиационного удара по печени, и так далее. Величина, полученная в результате такого умножения, называется эквивалентной дозой и измеряется в зивертах. Именно зиверты рассказывают нам о конкретном вреде конкретного органа или ткани нашего организма от конкретной поглощенной дозы.

Один зиверт – очень большая величина, обычно пользуются десятичными производными – миллизиверт, микрозиверт. Есть еще внесистемная единица – бэр, поскольку 100 бэр равны одному зиверту. Скорость накопления дозы радиации тоже удобно измерять при помощи зивертов: зиверт/ час, зиверт/день, зиверт/год.

Остается только учесть физические свойства полученного излучения, поскольку разные виды излучения имеют различную биологическую активность. Для этого введен еще один коэффициент – коэффициент качества, который принимают равным 1 для гамма-излучения. Для альфа-частиц коэффициент качества, к примеру, равен 20. Другими словами, при числовом равенстве поглощенной дозы в случае альфа-излучения биологический вред мы получаем в 20 раз больше, чем от гамма-излучения.

Если использован коэффициент качества излучения, мы говорим уже об эффективной дозе излучения. В этой дозе учтено все: и физика, и наша биология.

Знания, добытые дорогой ценой

Теперь можно свести все сказанное в некое подобие иерархии. Если в тексте про радиоактивность вам встречаются беккерели или кюри, - речь должна идти только об активности источника излучения, не более того. Источник потенциально опасен, он может причинить нам вред, но это зависит не от источника, а от того, как мы с ним обращаемся.

Вот только когда мы ведем себя неосторожно, или когда нам причиняют вред умышленно, мы должны видеть тексты, в которых встречаются греи или радо. Эти величины расскажут нам, какое количество излучения по тем или иным причинам поглотил наш организм.

Когда мы захотим понять, какой вред получит тот или иной орган или ткань нашего организма, мы должны оперировать зивертами или бэрами, которые учитывают биологическую активность конкретного вида излучения и способность наших органов или тканей сопротивляться причиняемому радиацией вреду.

Замешивание всех этих единиц в какой-то «общий компот» свидетельствует либо о некомпетентности пишущего, либо о сознательной попытке запутать ситуацию с целью вызвать приступ радиофобии. Да, радиации надо опасаться, так уж устроен окружающий нас мир, но при этом нужно точно понимать, о чем именно идет речь, не позволяя всевозможным шарлатанам играть вашими эмоциями.

С какого момента зиверты действительно опасны и вредны, определяют, разумеется, медики. К сожалению, исключительно опытным путем. Ожоги от пробирок с солями радия на теле Антуана Беккереля, лучевая болезнь жителей Хиросимы и Нагасаки, проблема со здоровьем у ликвидаторов Чернобыльской катастрофы – каждая кроха знания о радиации стоила кому-то здоровья, а порой и жизни. Очень дорогие знания… Поэтому мы просто обязаны ими владеть, пусть даже в небольшой степени.

Владислав Бордеяну

1
0
0
0
0

Добавить комментарий

500

Нашли ошибку в тексте? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter

Надо ли сносить памятники советской эпохи?
Родовая книгаКатрук Валерий