Миф третий: самый опасный вид радиации – гамма-излучение
Со школьных времен у многих сложилось впечатление: по-настоящему опасно именно гамма-излучение. Образуясь при ядерной вспышке, гамма-лучи пролетают многие километры, пронизывают людей насквозь и приводят к лучевой болезни. Именно для защиты от гамма-излучений ядерный реактор окружают бетонной толщей, а небольшие источники излучений прячут в свинцовые контейнеры.
Всё это так. Но не имеет прямого отношения к опасности излучений для человека. Почему? Потому что в этом случае речь идёт о совсем другом свойстве излучений – об их проникающей способности. Да, у гамма-излучений такая способность много выше, чем у альфа- и бета-лучей. Но опасность излучений определяется не проникающей способностью, а дозой. Позднее мы вернемся к нашим гамма-лучам, а пока попробуем понять, что такое доза.
Рассмотрим на бытовом примере. Человек выпил 250 граммов водки. Это что – доза? Нет, это порция, которая содержит 100 граммов спирта. А доза рассчитывается с учетом массы тела человека. Если он весит 100 кг, то в нашем примере доза будет равна 1 грамму алкоголя на 1 килограмм массы тела. Если же человек весит 50 кг, то доза будет равна 2 грамма на киллограм, то есть в два раза больше. Видите, как удобно сравнивать? Уже ясно, что на второго человека приём той же порции окажет более сильное действие. А от одинаковой дозы и последствия будут соразмерные.
Подобным образом оценивают и воздействие ионизирующих излучений на человека. Самая простая характеристика – так называемая поглощённая доза. Как её определяют? В два этапа. Сначала измеряют или рассчитывают – нет, не граммы спирта, а количество энергии, которое поглотило тело (человек или отдельный орган) в результате облучения. А потом эту поглощённую энергию делят на массу тела.
В чём измеряют энергию? Правильно, в джоулях (Дж). А массу? В килограммах. Выходит, что поглощённая доза будет измеряться в джоулях на килограмм: Дж/кг. Но когда речь идёт о радиации, «джоуль на килограмм» получает специальное имя, в честь известного учёного. Может быть, слышали – «грей» (Гр)? Возможно, вам знакомо слово «рад» – в радах измеряли поглощённую дозу прежде, до введения грея. Один рад в сто раз меньше грея, так относится копейка к рублю:
1 Гр = 100 рад.
А ещё раньше использовали общеизвестную единицу – рентген. Рентгенами оценивали не энергию, а ионизирующую способность излучения. Не будем забивать голову, для простоты отметим, что рентген примерно равен раду.
Обратите внимание на три важные детали. Во-первых, доза – это дробь. И в числителе стоит вовсе не количество альфа-частиц или гамма-квантов, поглощённых телом. В числителе дроби – энергия. Значение имеет именно энергия ионизирующих излучений. Например, гамма-излучение может быть, как жёстким, так и мягким: жёсткое излучение (см. правый край шкалы на рис. 2.2) обладает высокой энергией, а мягкое (поближе к ультрафиолету) несёт меньшую энергию. Важен не только калибр пули. Выстрел из винтовки – одно дело, а той же пулей из рогатки – совсем другое.
Во-вторых, нас интересует не вся энергия излучения, а лишь та часть, что поглотилась облучённым телом. Энергия излучения, прошедшая сквозь тело, в дозу не входит.
И, в-третьих, в знаменателе дроби стоит масса. Но уже не масса радионуклида, как при расчёте удельной активности, а масса облучаемого тела – мишени.
Ах, да, ещё используют какие-то зиверты. Но прежде, чем вы окончательно запутаетесь, хочу немного вдохновить вас. Правда, не всех, а лишь мужскую часть читателей. Попробуем понять: а зачем нам, мужикам, нужно разбираться во всех этих греях и беккерелях? Представьте, вы знакомитесь с шикарной женщиной. Без больших денег удивить её трудно (я же понимаю: вряд ли эту книгу читает олигарх). Но мы поступаем так. Плавно переводим разговор на тему о радиации и небрежно вставляем типа: «Так… плотность загрязнения территории там была… м-м-м… 10 кюри на квадратный километр. Тогда эти чернобыльцы получали (тут надо потереть лоб указательным пальцем) среднюю дозу около 100 миллигрей. Больше нормы, но не опасно». Всё! Она в экстазе – она ваша!
А вот женщинам демонстрировать продвинутость в разговоре с мужчинами не рекомендуется: это оскорбление мужского достоинства.
А если серьёзно, то пока не разберёмся в основах, – не сможем иметь самостоятельное мнение. И придётся нам принимать на веру мнение чужое. А потому – вперёд!
Вернёмся к нашим зивертам. Они-то зачем понадобились, греев нам мало? Оказывается, поглощённая доза учитывает не всё: она не учитывает различную способность разных видов излучений повреждать ткани живых организмов.
Часто путают разные вещи: проникающую способность разных видов излучений и их повреждающее действие.
Да, у гамма-излучения высокая проникающая способность, от него труднее защититься. Но мы хотим сравнить повреждающее действие разных излучений при одинаковой поглощённой дозе. Например, когда полностью защититься не получается, и человек-таки набирает свои греи, – вот в этом случае альфа-излучение куда опаснее. Потому что тяжёлые и заряженные альфа-частицы, попадая в живую клетку, тормозятся резко и гасят свою энергию на коротком участке пути. Альфа-частицы можно сравнить не просто с крупнокалиберными – а даже с разрывными пулями. Поэтому степень биологического повреждения при одинаковой поглощённой дозе для альфа-излучения будет выше.
Подчеркнём еще раз: один грей альфа-излучения опаснее, чем один грей бета- или гамма-излучения. Другое дело, что получить большую поглощённую дозу от бета- или гамма-излучения проще: достаточно находиться рядом с источником излучения (например, с изотопами стронция-90 или цезия-137). А от альфа-излучения способен защитить даже слой воздуха между вами и источником, например, урановым слитком.
Альфа-излучение становится опасным только при попадании радионуклида внутрь организма. Именно при внутреннем облучении и проявляется его повышенная опасность.
Если вы дышите радиоактивным радоном, или вы случайно выпьете урановый раствор (лучше не надо) – вот тогда полученный грей окажется зловредней, чем грей от стронция либо цезия.
Итак, не все ионизирующие излучения одинаково опасны. Но как это учесть? Для этой цели применяют поправочный коэффициент по отношению к принимаемому за стандарт гамма-излучению. Такой коэффициент носит сложное название взвешивающий коэффициент для отдельных видов излучения. Запоминать его нет надобности.
Считается, что повреждающее действие бета- и гамма-излучения при равной их дозе одинаково: для бета-излучения коэффициент равен единице. А вот для альфа-излучения поправочный коэффициент равен двадцати [1].
Дозу, рассчитанную с учётом взвешивающего коэффициента, называют уже не поглощённой, а эквивалентной, – её-то и измеряют в зивертах (Зв).
Итак, мы имеем простую формулу:
Для бета- и гамма-излучения получаем:
1 Гр × 1 = 1 Зв, один грей равен одному зиверту.
А для коварного альфа-излучения имеем:
1 Гр × 20 = 20 Зв.
Каждый грей альфа-излучения в двадцать раз опаснее, чем гамма- или бета-излучения (кажется, я начинаю повторяться). Если же доза выражена в зивертах, её опасность для живых организмов – независимо от вида излучения – будет одинакова. Потому такую дозу и называют эквивалентной. Это понятие более удобное, чем поглощённая доза.
До введения зиверта эквивалентную дозу рассчитывали в бэрах. Расшифровывается бэр просто: биологический эквивалент рентгена. Сегодня бэры, как и рады, ушли в прошлое, но в научной литературе пока встречаются. Знайте, что соотношение зиверта и бэра такое же, как грея и рада:
1 Зв = 100 бэр.
Кстати, один зиверт – доза большая, можно сказать: аварийная. Такая доза может привести к острой лучевой болезни. Для небольших доз более удобная единица – миллизиверт (мЗв), одна тысячная часть зиверта. Для ясности: один миллизиверт – это средний природный фон без радона.
Итак, мы знаем две разновидности дозы: поглощённую и эквивалентную. Обе выражаются в джоулях на килограмм. Но совпадают они не всегда. Поглощённую дозу можно измерить. Эквивалентная доза больше скажет о последствиях облучения, но измерить её нельзя. Но можно рассчитать из поглощённой дозы.
А теперь самое главное. Дозой, прежде всего величиной дозы, определяется опасность радиации. И тут надо иметь в виду одну важную вещь: происхождение радиации значения не имеет.
Для организма без разницы, откуда вы набрали дозу: от Солнца, из рентгеновского аппарата, на радоновом курорте, от ближайшей АЭС или в результате чернобыльской аварии, – всё равно. Главное – сколько этих самых миллизивертов.
Читатели, вы ещё не заснули? Потерпите немного: тяжело в учении – легко в бою. Чтобы новый материал легче переварился, взгляните на схему (рис. 3.1).
Рис. 3.1 Схема воздействия ионизирующих излучений на облучаемое тело
Из азбуки радиационной безопасности осталось уточнить ещё одно понятие – мощность дозы. Помните школьный курс физики? В каких единицах измеряется мощность? Нет, в лошадиных силах по традиции измеряют лишь мощность автомобильных двигателей. А в остальных случаях используют ватты. А чем мощность (ватт) отличается от энергии (джоуль)? Правильно. Мощность – это энергия, отнесенная к интервалу времени, то есть ватт – это джоуль в секунду.
В радиации то же самое. Если вы слышите: природный радиоактивный фон составляет семь микрорентген в час, то речь идёт именно о мощности дозы. А в современных дозиметрических приборах мощность дозы выражается в микрогреях в час.
Подведём итоги. Миф о самом опасном виде радиации – гамма-излучении – объясняется путаницей: смотря что понимать под опасностью. У гамма-излучения максимальная проникающая способность, от него труднее защититься. Но при одинаковой поглощённой дозе наиболее опасно альфа-излучение.
Опасность ионизирующих излучений определяется дозой, поглощённой мишенью. Доза может выражаться в двух единицах: греях и зивертах. Если доза выражена в зивертах, её последствия не зависят от вида излучения.
1. Нормы радиационной безопасности НРБ–99/2009: санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. – 100 с.