Гамма-излучение

Что такое радиоактивность?

Радиоактивность – самопроизвольное превращение атомных ядер в ядра других элементов. Сопровождается ионизирующим излучением. Известно четыре типа радиоактивности:

• альфа-распад – радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается альфа-частица;
• бета-распад — радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускается бета-частицы, т.е электроны или позитроны;
• спонтанное деление атомных ядер — самопроизвольное деление тяжелых атомных ядер (тория, урана, нептуния, плутония и других изотопов трансурановых элементов). Периоды полураспада у спонтанно делящихся ядер составляют от нескольких секунд до 1020 для Тория-232;
• протонная радиоактивность — радиоактивное превращение атомного ядра при котором испускаются нуклоны (протоны и нейтроны).

Что такое изотопы?

Изотопы – это разновидности атомов одного и того же химического элемента, обладающие разными массовыми числами, но имеющие одинаковый электрический заряд атомных ядер и потому занимающие в периодической системе элементов Д.И. Менделеева одинаковое место. Например: 55Cs131, 55Cs134m, 55Cs134, 55Cs135, 55Cs136, 55Cs137. Различают изотопы устойчивые (стабильные) и неустойчивые – самопроизвольно распадающиеся путем радиоактивного распада, так называемые радиоактивные изотопы. Известно около 250 стабильных, и около 50 естественных радиоактивных изотопов. Примером устойчивого изотопа может служить Pb206, Pb208 являющийся конечным продуктом распада радиоактивных элементов U235, U238 и Th232.

Примечания

1. ↑ Блохин М.А. // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 375—377. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
2. Юрий Ерин. . Элементы — новости науки (3 марта 2010). Дата обращения 11 мая 2010.
3. ↑ . Наука и техника. Lenta.ru (23 октября 2008). Дата обращения 6 июля 2020.
4. Карасев В. В., Кротова Н. А., Дерягин Б. В. Исследование электронной эмиссии при отрыве пленки высокополимера от стекла в вакууме (рус.) // Доклады Академии Наук СССР. — М., 1953. — Т. 88, № 5. — С. 777—780.
5. Карасев В. В., Кротова Н. А., Дерягин Б. В. Исследование газового разряда при отрыве пленки высокополимера от твердой подкладки (рус.) // Доклады Академии Наук СССР. — М., 1953. — Т. 89, № 1. — С. 109—112.
6. Kenneth Chang.  (англ.). The New York Times (23 October 2008). Дата обращения 6 июля 2020.
7. Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом — от Кембриджа до Хиросимы. — Переработанный пер. с болг.. — М.: Мир, 1984. — С. 17—18. — 246 с.
8. W. C. Röntgen. Ueber eine neue Art von Strahlen // Sonderabbdruck aus den Sitzungsberichten der Würzburger Physik.-medic. Gesellschaft. — 1895.
9. «Природа и люди». — № 28, 1896.
10. Каспий. — Газета. — Баку, 1896.
11. ↑  (недоступная ссылка). Рентгенодиагностика. Дата обращения 16 февраля 2019.
12. В некоторых источниках ошибочно назван Евгением.
13. ↑ Гайда Р., Пляцко Р. Іван Пулюй. 1845—1918: Життєписно-бібліографічний нарис / Наукове товариство імені Шевченка у Львові / Олег Купчинський (відп. ред.). — Львів. — 1998. — 284 с. — (Визначні діячі НПШ; 7). — На обкл. автор не зазначений. — ISBN 5-7707-8500-4.
14. Фіалков Л. Іван Пулюй ніколи не спростовував відкриття Рентгена (укр.) // Вісник НАНУ. — 1996. — Вип. 9—10. — С. 93—95.

История открытия[править]

Рентгеновская фотография (рентгенограмма) руки своей жены, сделанная В. К. Рентгеном

Открытие рентгеновского излучения приписывается Вильгельму Конраду Рентгену. Он был первым, кто опубликовал статью о рентгеновских лучах, которые он назвал икс-лучами (x-ray). Статья Рентгена под названием «О новом типе лучей» была опубликована 28-го декабря года в журнале Вюрцбургского физико-медицинского общества. Считается, однако, доказанным, что рентгеновские лучи были уже получены до этого. Катодолучевая трубка, которую Рентген использовал в своих экспериментах, была разработана Й. Хитторфом и В. Круксом. При работе этой трубки возникают рентгеновские лучи. Это было показано в экспериментах Крукса и с года в экспериментах Генриха Герца и его ученика Филиппа Ленарда через почернение фотопластинок. Однако никто из них не осознал значения сделанного ими открытия и не опубликовал своих результатов. Также Никола Тесла, начиная с года, экспериментировал с катодолучевыми трубками, получил рентгеновские лучи, но не опубликовал своих результатов.

По этой причине Рентген не знал о сделанных до него открытиях и открыл лучи, названные впоследствие его именем, независимо — при наблюдении флюоресценции, возникающей при работе катодолучевой трубки. Рентген занимался Х-лучами немногим более года (с 8 ноября года по март года) и опубликовал о них всего три сравнительно небольших статьи, но в них было дано столь исчерпывающее описание новых лучей, что сотни работ его последователей, опубликованных затем на протяжении 12 лет, не могли ни прибавить, ни изменить ничего существенного. Рентген, потерявший интерес к Х-лучам, говорил своим коллегам: «Я уже всё написал, не тратьте зря время». Свой вклад в известность Рентгена внесла также знаменитая фотография руки его жены, которую он опубликовал в своей статье (см. изображение справа)

Подобная слава принесла Рентгену в году первую Нобелевскую премию по физике, причём нобелевский комитет подчёркивал практическую важность его открытия. В году впервые было употреблено название «рентгеновские лучи»

В некоторых странах осталось старое название — X-лучи. В России лучи стали называть «рентгеновскими» с подачи ученика В. К. Рентгена — Абрама Фёдоровича Иоффе.

Применение и свойства рентгеновского излучения

Излучение делится два типа:

• Характеристическое;
• Тормозное.

Лучи характеристического типа получаются при перестройке атомов анода рентгеновской трубки. Волны различаются длиной, на них воздействуют номера химических элементов, которые используются при получении трубки.

Тормозные лучи появляются из-за торможения электронов, которые испаряются из вольфрамовой спирали.

У электромагнитных волн существует ряд характеристик, объясняющихся их природой. Электромагнитные волны при перпендикулярном падении на плоскость не отражаются.

Электромагнитные волны пробиваются через непроницаемые предметы: бумага, металл, дерево, живые ткани. Чем поверхность материала плотнее и толще, тем лучи поглощаются интенсивнее и больше.

Рентгеновское излучение вызывает свечение некоторых элементов. Он останавливается после прекращения воздействия электромагнитных волн. Электромагнитные волны засвечивают фотоплёнку.

При прохождении лучей в воздухе происходит его ионизация. В итоге воздух способен проводить ток. Облучение повреждает клетки, это связано с ионизацией биологических структур.

Благодаря рентгеновскому излучению можно просветить тело человека, чтобы получить снимок его костей. При современных технологиях также возможно выявление внутренних органов. С помощью обычных приборов получают двумерную проекцию, а благодаря компьютерным томографам возможно сделать объёмное изображение человеческих органов.

В этом промежутке времени существует такое понятие как рентгеновская дефектоскопия. С помощью неё выявляют повреждения в различных изделиях, к примеру, в варочных швах и в рельсах.

Во многих науках рентгеновское излучение применяется для выявления строения элементов на уровне атомов при помощи дифракционного рассеяния рентгеновского излучения. Это называется рентгеноструктурным анализом. В качестве примера можно привести выявление структуры ДНК.

Химический состав элементов также выявляется благодаря электромагнитным волнам. Вещество, по которому осуществляется анализ, облучается электронами, в процессе происходит ионизация атомов. Такой метод называется рентгено-флюоресцентным.

На сегодняшний момент применение рентгеновского излучения осуществляется в разных отраслях. В целях безопасности создаются переносные и стационарные приборы для выявления запрещённых или опасных для жизни предметов в таможнях, аэропортах и местах, где часто происходят столпотворения людей.

Благодаря специальным телескопам возможно наблюдение за космическими телами и различными явлениями. При помощи электромагнитных волн разрабатывается лазерное оружие.

Щит от радиации

Для защиты от гамма-излучения наиболее эффективны тяжелые элементы, такие как свинец. Чем больше номер элемента в таблице Менделеева, тем сильнее в нем проявляется фотоэффект. Степень защиты зависит и от энергии частиц излучения. Даже свинец ослабляет излучение от цезия-137 (662 кэВ) лишь в два раза на каждые 5 мм своей толщины. В случае кобальта-60 (1173 и 1333 кэВ) для двукратного ослабления потребуется уже более сантиметра свинца. Лишь для мягкого гамма-излучения, такого как излучение кобальта-57 (122 кэВ), серьезной защитой будет и достаточно тонкий слой свинца: 1 мм ослабит его раз в десять. Так что противорадиационные костюмы из фильмов и компьютерных игр в реальности защищают лишь от мягкого гамма-излучения.

Бета-излучение полностью поглощается защитой определенной толщины. Например, бета-излучение цезия-137 с максимальной энергией 514 кэВ (и средней 174 кэВ) полностью поглощается слоем воды толщиной в 2 мм или всего 0,6 мм алюминия. А вот свинец для защиты от бета-излучения использовать не стоит: слишком быстрое торможение бета-электронов приводит к образованию рентгеновского излучения. Чтобы полностью поглотить излучение стронция-90, нужно менее 1,5 мм свинца, но для поглощения образовавшегося при этом рентгеновского излучения требуется еще сантиметр!

Народные средства

Существует устоявшийся миф о «защитном» действии спиртного, однако он не имеет под собой никакого научного обоснования. Даже если красное вино содержит природные антиоксиданты, которые теоретически могли бы выступать в роли радиопротекторов, их теоретическая польза перевешивается практическим вредом от этанола, который повреждает клетки и является нейротоксическим ядом.
Чрезвычайно живучая народная рекомендация пить йод, чтобы не «заразиться радиацией» оправдана разве что для 30-километровой зоны вокруг свежевзорвавшейся АЭС. В этом случае используется йодид калия, чтобы «не пустить» в щитовидку радиоактивный йод-131 (период полураспада — 8 суток). Используется тактика меньшего зла: пусть лучше щитовидная железа будет «забита» обычным, а не радиоактивным йодом. И перспектива получить расстройство функций щитовидки меркнет перед раком или даже летальным исходом. Но вне зоны заражения глотать таблетки, пить спиртовой раствор йода или мазать им шею спереди не имеет никакого смысла — профилактического значения это не имеет, а вот заработать йодное отравление и превратить себя в пожизненного пациента эндокринолога можно легко.

От внешнего альфа-облучения защититься проще всего: для этого достаточно листа бумаги. Впрочем, большая часть альфа-частиц не проходит в воздухе и пяти сантиметров, так что защита может потребоваться разве что в случае непосредственного контакта с радиоактивным источником. Куда важнее защититься от попадания альфа-активных изотопов внутрь организма, для чего используется маска-респиратор, а в идеале — герметичный костюм с изолированной системой дыхания.

Наконец, от быстрых нейтронов лучше всего защищают богатые водородом вещества. Например, углеводороды, самый лучший вариант — полиэтилен. Испытывая столкновения с атомами водорода, нейтрон быстро теряет энергию, замедляется и вскоре становится неспособен вызывать ионизацию. Однако такие нейтроны все еще могут активировать, то есть преобразовывать в радиоактивные, многие стабильные изотопы. Поэтому в нейтронную защиту часто добавляют бор, который очень сильно поглощает такие медленные (их называют тепловыми) нейтроны. Увы, толщина полиэтилена для надежной защиты должна быть как минимум 10 см. Так что она получается ненамного легче, чем свинцовая защита от гамма-излучения.

Таблетки от радиации

Человеческий организм более чем на три четверти состоит из воды, так что основное действие ионизирующего излучения — радиолиз (разложение воды). Образующиеся свободные радикалы вызывают лавинный каскад патологических реакций с возникновением вторичных «осколков». Кроме того, излучение повреждает химические связи в молекулах нуклеиновых кислот, вызывая дезинтеграцию и деполимеризацию ДНК и РНК. Инактивируются важнейшие ферменты, имеющие в своем составе сульфгидрильную группу — SH (аденозинтрифосфатаза, сукциноксидаза, гексокиназа, карбоксилаза, холинэстераза). При этом нарушаются процессы биосинтеза и энергетического обмена, из разрушенных органелл в цитоплазму высвобождаются протеолитические ферменты, начинается самопереваривание. В группе риска в первую очередь оказываются половые клетки, предшественники форменных элементов крови, клетки желудочно-кишечного тракта и лимфоциты, а вот нейроны и мышечные клетки к ионизирующему излучению довольно устойчивы.

Чем проверить наличие радиации

Проверить уровень радиации может возникнуть при покупке новой квартиры, квартиры в неблагополучном районе или использовании подозрительных материалов на строительстве дома. У человека нет органов чувств способных почувствовать радиацию и оценить опасность. Поэтому для её обнаружения необходимо наличие специализированных приборов — дозиметров.

Бытовые дозиметры для измерения радиации

Они могут быть бытовыми, профессиональными, промышленными или военными. В качестве чувствительного элемента могут использоваться различные датчики: газоразрядные, сцинтилляционные кристаллы, слюдяные счётчики Гейгера-Мюллера, термолюминесцентные лампы, пин-диоды.

Для замеров в домашних условиях нам доступны бытовые дозиметры. В зависимости от прибора он может выводить показания на дисплей в мкЗв/ч или мкР/ч. Некоторые приборы более близкие к профессиональным могут показывать в обоих вариантах. Следует учитывать, что бытовые дозиметры имеют довольно высокий уровень погрешности измерений.

Как часто можно делать рентген?

Рентген можно делать столько раз, сколько назначит врач. К данному методу диагностики прибегают только в тех случаях, когда другие виды исследований не достаточно информативны и не дают возможности врачу поставить точный диагноз. Использование рентгена должно быть оправдано, тогда он принесет больше пользы для здоровья пациента, чем вреда. Согласно нормативным документам, для разных категорий пациентов установлена своя максимально допустимая доза излучения:

• 100 мЗв в год для больных, нуждающихся в регулярном рентгенологическом контроле (онкология, предраковые состояния, диагностика врожденных пороков сердечно-сосудистой системы, тяжелые травмы);
• 20 мЗв в год для пациентов, которым требуются диагностические исследования при соматических (неонкологических) заболеваниях с целью уточнения диагноза или выбора тактики лечения;
• 1-2 мЗв в год при прохождении профилактических осмотров.

Примечания

1. ↑ Блохин М.А. // Физическая энциклопедия : / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1994. — Т. 4: Пойнтинга — Робертсона — Стримеры. — С. 375—377. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
2. CRC Handbook of Chemistry and Physics 75th ed. David R. Lide P.10-227. CRC Press ISBN 0-8493-0475-X
3. Crystallographica, v1.60a. Oxford Cryosystems 1995—1999.
4. Манолов К., Тютюнник В. Биография атома. Атом — от Кембриджа до Хиросимы. — Переработанный пер. с болг.. — М.: Мир, 1984. — С. 17—18. — 246 с.
5. W. C. Röntgen. Ueber eine neue Art von Strahlen // Sonderabbdruck aus den Sitzungsberichten der Würzburger Physik.-medic. Gesellschaft. — 1895.

Применение рентгеновских лучей в медицине

Первые рентгеновские аппараты давали возможность врачам изучать исключительно структуру костных тканей, определять их целостность, а также участки возможных повреждений. Развитие технического прогресса привело к сокращению продолжительности экспозиции при фотофиксации, а также улучшило качество съемки.

Флюорография

Этот метод исследования предусматривает фотофиксацию теневого изображения. Пациент занимает исходную позицию между источником излучения и специальным экраном, поверхность которого выполнена из иодида цезия. Под воздействием электромагнитного излучения указанный элемент начинает светиться.

Современное оборудование позволяет увеличить фотографию до максимальных пределов, чтобы доктор не полагался исключительно на остроту своего зрения. Также используются компьютеры, которые сохраняют данные об истории болезни конкретного пациента.

Рентгенография

Это процесс записи изображения на рентгеновскую пленку. В данном случае исследуемый участок тела находится между источником ионизирующего излучения и пленкой, которая закреплена в аппарате. Заряженные частицы лучей проходят сквозь тело пациента, после чего изображение внутренних органов, мягких тканей или костей, переносится на снимок.

Отдельные внутренние органы человеческого организма имеют полую структуру, либо становятся бесцветными под воздействием ионизирующего излучения, не создают тени на снимке (например, кишечник, мочевой пузырь, почки).

В таком случае используют контрастные вещества, который пациент употребляет в желудочно-кишечный тракт (соли бария) или же ему их вводят внутривенно (иодсодержащий раствор). После этого выполняется рентгенологическая фиксация внутреннего органа, который имеет признаки болезни.

Была разработана в 1970 г. Это разновидность рентгеновской диагностики. Принцип проведения обследования с использованием данного способа заключается в том, что пациент помещается в специальный бокс, а медицинское оборудование осуществляет съемку всего тела. Это компьютерная рентгеновская томография.

Позволяет обнаружить опухолевые процессы в тканях внутренних органов и костях, обнаружить вялотекущие и острые воспаления, внутренние кровотечения. Преимущество данного метода заключается в том, что в организм пациента не требуется вводить контрастные вещества и прочие растворы.

Применение рентгеновского излучения

Открытие Рентгена нашло своё применение в различных областях. Так, с помощью рентгеновского излучения стало возможным определять внутренние дефекты, возникающие при производственной обработке материалов. Нашли своё применение рентгеновские лучи в криминалистике, искусствоведении

На наиболее важное их применение – медицинская диагностика. Для диагностики переломов костей их начали использовать уже в 1896 г

Вскоре кроме рентгенодиагностики появилась и рентгенотерапия. Рентгеновские лучи применялипри лечении рака, туберкулёза и других болезней. Так как в то время ещё не было известно об опасности рентгеновских лучей, врачи работали без средств защиты. И через некоторое время многие из них стали жертвами лучевой болезни. Многие больные также умирали из-за слишком высокой дозы облучения.

Сегодня рентгеновские лучи применяются во многих отраслях науки и техники: рентгеновской астрономии, рентгенографии, рентгенологии, для контроля внутренней структуры различных изделий. При помощи рентгеновских лучей определяют химический состав вещества и даже структуру ДНК.

Рентгеновский аппарат, или просто «рентген» — вещь совершенно обыденная для современного пациента, и это при том, что история их создания и развития умещается по сути в один век.

Человеком, давшим начало разработке подобной аппаратуры, а также самое имя для приборов и особого излучения, был немецкий ученый Вильгельм Рентген. Особые лучи, названные впоследствии в честь своего открывателя, были обнаружены Рентгеном в 1895 году.

Сам Рентген вскоре начал применять свое открытие в медицинских целях, что дало начало рентгенодиагностике. В начале 20 века для создания рентгенограммы было необходимо несколько часов, что объяснялось низким уровнем оборудования, а также малой чувствительностью пленки. Однако вскоре для проведения съемки стали применять специальные усиливающие экраны, между которыми располагалась пленка. Это позволило значительно улучшить проведение рентгенографии.

В России ученые также усмотрели замечательную возможность рентгеновских лучей для медицины. А.С.Попов в конце 19 века создал специальный аппарат для по­лучения рентгеновских лучей, который по его инициативе использовалась в Кронштадтском военно-морском госпитале.

В 1896 г. Владимир Николаевич Тонков сделал на заседании Санкт-Петербургского антропологического общества доклад о применении рентгеновских лучей для изучении скелета. Тем самым были заложены основы новой дисциплины – рентгеноанатомии.

В Императорской Военно-медицинской академии, центре российской медицины, в 1896 году был организован регулярный прием пациентов, в ходе которого проводились рентгенодиагностические снимки.