Атомная радиация (ионизирующее излучение) характеризуется потоками частиц (альфа-частицы, электроны, нейтроны, протоны, тяжелые ионы) и электромагнитными лучами (рентгеновское и гамма излучения), которые образуются во время ядерных реакций и при радиоактивном распаде.
Как взаимодействует радиация с материей?
Материя и радиация
Эти лучи и частицы во время прохождения через материю (разные атомы и молекулы) продуцируют местную возбуждению и даже ионизацию. Как понять этот факт? Возбуждение атома — это такое атомное состояние, при котором электроны отдаляются от ядра, становясь более «независимые». Переходя в возбужденное состояние, уменьшается сила притяжения (электростатическая сила) между электронами и ядром. Атомная модель очень похожа на планетарную модель, а чтоб вам лучше понять структуру атома, вообразите себе Солнечную Систему. Возбуждённое состояние атома можно вообразить как движение Земли к позиции Плутона.
Радиация vs. Живые организмы
Говоря о живом мире, о биологической материи, возбуждение атомов и молекул может вызвать большие проблемы, нарушая важные биохимические процессы. Если энергия радиации, которая проходит через живые клетки такая большая что вызывает ионизацию атомов, то, скорее всего клетки умирают. Ионизация отличается от простого возбуждения электронов тем, что они отрываются совсем от атомного ядра и мигрируют свободно по всему веществу. В свою очередь электроны, которые образуются во время ионизации, в зависимости от приобретённой энергии могут вызвать другие ионизации и возбуждения.
Всякая модификация в облучаемом объекте по причине ионизирующего излучения, называется радиационно-индуцированным эффектом. Не все радиационно-индуцированные эффекты вредны для здоровья, есть и положительные свойства излучений. Негативные воздействия радиации замечаются, при лучевом поражении организма, из-за больших доз ионизирующего излучения. Всё-таки радиация не имеет аналогов в идентификации и лечения некоторых болезней.
Для того чтобы защититься от негативного эффекта радиации, и в то же время использовать её для добрых целей, надо очень хорошо знать радиационно-индуцированные эффекты. Они и сегодня не до конца изучены. Во многих странах, исследования в этой области продолжаются, захватывая специалистов разных сфер деятельности как: радиобиологов, физиков, биохимиков, генетиков. Трудности познания этих процессов заключаются в том что процесс взаимодействия радиации с живыми клетками имеет несколько этапов сложности.
Чтобы лучше понять какие процессы происходят во время излучения живых клеток, нужно внимательнее изучить, что случается во время взаимодействия радиации с «простым» веществом (минералы, камни, растворы). Это — очень трудная задача, которой занимались даже и Э. Резерфорд, Э. Ферми, Н. Бор, Г. Бете (Нобелевские лауреаты). Хотя им не удалось понять полностью механизмы взаимодействия радиационных излучений с веществом, они были первыми пионерами этой сферы.
Структура живой материи так сложна, что с трудом удаётся анализировать и моделировать воздействие радиации на живые ткани. Задача не из простых при опытах на живое вещество, потому что оно более сложна в сравнении с неживым веществом.
Интересно, что излучения воздействуя на ту же живую систему, могут спровоцировать разные эффекты, таким образом, при множестве квантов излучения, образуется сумма разных эффектов. Радиация может разрушить структуру нуклеиновых кислот (РНК и ДНК), дегенерировать структуру хромосом, нарушить нормальные процессы деления клеток, и остановить полностью жизнедеятельность клеток. Что интересно, эти негативные процессы проявляются вместе или по отдельности на клеточном уровне. Ожидать какие-то определённые изменения в определённом месте очень трудная задача. Ионизирующее излучение при прохождении через живой материал может быть источником одних процессов, а может других. Замечаются разрушения структуры белков при запускании первичных физических процессов как ионизация и возбуждение атомов.
Очень интересен тот факт что эффект разных радиаций не один и тот же, даже при одинаковой дозе. Конечно, первые физические процессы, которые происходят в живом материале на уровне атомов почти тот же, но в зависимости от энергии частиц и квантов, наблюдаемый разный. При одинаковой дозе, нейтроны в 10 раз вреднее для организма, чем гамма-лучи. Чтоб можно было сопоставлять разные виды излучения (электроны, нейтроны, рентгеновские и гамма-лучи), учёные додумались ввести величину, которая называется относительная биологическая эффективности излучения (ОБЭ). С помощью этой величиной можно сравнить эффект излучения в сравнении с образцом. Таким образом, можно узнать, сколько энергии определённой радиации нужно, чтоб был одинаковый радиационно-индуцированный эффект. Как образец используется рентгеновское излучение определенной энергии.
Почему различные виды радиации причиняют вред неодинаковой величины живым организмам?
Объяснение этого явления в физике прохождения радиации через вещество. Есть очень большие различия в процессах взаимодействия между веществом и элементарными частицами или электромагнитными квантами. Можно даже сказать что электромагнитные лучи «менее вредны» чем другие виды радиации, потому что они провоцируют только возбуждения атомов или в худшем случае — ионизацию, но при этом не меняя состав самого ядра. Облучение «другими видами радиации», например нейтронами, ведёт к более сложным последствиям, как например изменения ядерного состава, причиняя возможные ядерные реакции в самом живом организме! Нейтроны могут выбивать протоны из ядер атомов даже сложных структур биологических макромолекул. Как последствие этого, выбитые частицы, таким образом, провоцируют дополнительную ионизацию живой ткани. В излученном сегменте живой ткани начинают происходить так много биохимических реакции, что в финале ведёт к радиационно-индуцированному эффекту. Как вы уже поняли тут без понятий физики и биологии не разобраться. Наука которое изучает эти процессы в живом организме называется микродозиметрия.
Вред или польза радиации?
При повышенных дозах излучении, люди не выдерживают и заболевают, страдают и умирают. Учёных волнует и другой аспект этой проблематики: какой будет эффект при нулевых дозах радиации на организм? Польза или вред? Говорят что при экспериментах на подопытных животных, у этих понижался иммунитет, и вскоре умирали.
На нашей планете радиоактивность это нормальное явление и мы без этого жить не можем. Да, большие дозы влияют пагубно на наше здоровье, ну а слабые? Что может быть с нашим здоровьем от таких излучений?
Малые дозы радиации — что может случиться?
А случится, может многое… В первых, это радиация переходит к вам как «бонус» к фоновой радиации, а во вторых под воздействием излучения накапливаются в крови и во внутренних органах тяжелые металлы как марганец, кадмий, свинец, ртуть. Из-за облучения даже при малых дозах, человек стареет быстрее.
Проводились эксперименты по установлению продолжительности жизни во время проникновения в организм низких доз солей тяжелых металлов и радиации и было обнаружено что в зависимости от типа солей и эффект радиации изменялся. Например, соли железа, цинка и ртути при излучении гамма-лучами, уменьшали вредный эффект даже при увеличении облучения! Но этот феномен замечается только в определённом диапазоне.
В чем тайна этого явления?
Начало эксперимента обычное: увеличивая дозу облучения, растёт и радиационно-индуцированный эффект. Но очень интересен тот факт что потом, когда доза возрастает до определённой величины, организм начинает защищаться. В место того чтобы продолжительность жизни таким образом уменьшалось, она возрастает и может дойти до тех параметрах как при малых доз излучения.
Этот механизм защиты не новость ни для кого и происходит в живой природе почти везде. Для того чтоб организм не пострадал существенно от действия радиоактивности, необходимо «включить» защиту организма. А включают её даже малые дозы.
Также исследования показали что при наличии солей цинка, железа и ртути, эффект облучения возрастал. Тяжёлые металлы помогают активировать защиту организма, а так они действуют отрицательно на организм. Так что если вы собираетесь пройти рентгеновскую обследование, ни в коем случае не пейте перед этим воду с высоким содержанием ионов железа…
Как же нам защитится от действия тяжелых металлов и что надо делать, чтоб они не попали нам в пищу? Есть стандартные методы защиты от них: употреблять продукты с очень низким содержанием тяжелых металлов, а если они попадают в организм, тогда можно принимать продукты которые связывают их. Связочным действием обладают молоко и кисель. Недаром молоко дают за вредность! Эти средства очень хорошо связывают такие элементы как свинец и ртуть, но они могут связывать также такие полезные элементы как кальций и магний.
Для того чтоб в организм проникало меньше тяжелых металлов, надо употреблять полезные ионы-конкуренты. В Санкт-Петербурге, например, вода отличается «мягкостью», а это означает что в ней мало кальция. Для того чтоб вывести тяжелые металлы из организма надо вводить необходимое количество ионов кальция. Вот незадача! Как это сделать, если нормальная вода содержит мало кальция? Надо пить минеральную воду, где много кальция и магния. Они уменьшают содержание ионов свинца, ртути и других металлов в почках, так что улучшается и кроветворение.
Ионизация, которая получается в результате излучения, взаимодействуя с живыми тканями, генерирует свободные радикалы. Эти радикалы опасны тем, что разрушают важные макромолекулы как белки и нуклеиновые кислоты. Так что не избежать массовую гибель клеток и возрастает риск возникновения раковых опухолей и могут произойти мутации. Особенно опасны излучения для активно делящиеся клеток (стволовые, эпителиальные и эмбриональные).
В зависимости от дозы излучения и наблюдаемые радиобиологические эффекты другие. Интересно что лучевая болезнь возникает при дозе радиации 1-2 Зв (зиверт — единица эквивалентной дозы). Если увеличить дозу излучения то негативные последствия будут проявлятся чаще. Иногда проявления облучения могут проявлятся за долго после облучения (рак), и даже после многих поколений (мутации).
Отправить ответ
Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.