Федеральное агентство по образованию РФ
ГОУ ВПО “Марийский государственный педагогический институт им. Н.К.Крупской”
Кафедра физики
Курсовая работа
Радиация и человек
Работу выполнила:
ФИО
студентка 32 гр.
Научный руководитель:
ФИО
к.ф.-м.н., доцент
Йошкар-Ола
2008
Содержание
Введение. 3
Естественный фон ионизирующих излучений. Внешнее и внутреннее облучение 7
Космическая радиация. 8
Земная радиация. 11
Особенности внешнего и внутреннего облучения. 14
Ионизирующая радиация в повседневной жизни. 18
Особенности действия радиации на организм человека. 23
Острая лучевая болезнь. 25
Охрана здоровья людей от вредного действия ионизирующей радиации. 27
Заключение. 33
Литература. 39
Вселенная, мировое пространство пронизано лучистой энергией. Если скопления материи в виде звезд, планет, блуждающих комет и метеоритов в масштабах Вселенной – редкие явления, то потоки лучей, порождаемые ими, наполняют все пространство. В каждой его точке ежесекундно можно обнаружить потоки излучений – радиацию. Огромные массы вещества в недрах звезд, вступая в ядерные реакции, превращаются в лучистую энергию, выделяемую в окружающее пространство. Вспышки новых звезд, рождение и гибель галактик, сжатие и концентрация вещества при затухании звезд и другие еще далеко не познанные, но постоянно происходящие во Вселенной превращения материи сопровождаются огромными выбросами лучистой энергии в виде электромагнитных колебаний всех диапазонов и потоков элементарных частиц и корпускул, начиная от неуловимого нейтрино и кончая тяжелыми ядрами атомов.
Человечество с глубокой древности знало только о сравнительно небольшой части спектра электромагнитных излучений – узкой полосе видимого света. Благотворное влияние солнечного света, под живительными лучами которого поспевают урожаи на полях, стало первым знанием человека о зависимости жизни на Земле от лучистой энергии Солнца. Прошло много столетий, прежде, чем человечество поняло, что вся энергия, используемая при сжигании дров, нефти, каменного угля – это лучистая энергия Солнца, аккумулированная земной растительностью.
Зрение, позволяющее воспринимать всю красоту и многокрасочность окружающего мира и ориентироваться в пространстве, также исследуется в течение столетий. В настоящее время хорошо известны и оптическое устройство глаза, и тонкие фотохимические реакции, преобразующие кванты света в нервные импульсы. Мы знаем и о замечательном устройстве зрительных центров в центральной нервной системе, позволяющем с огромной скоростью анализировать интенсивность, длины волн и пространственное расположение потоков квантов, падающих на сетчатку глаза.
Область невидимых излучений лежит как в стороне более длинных, так и более коротких волн. Диапазон радиоволн только начинает интересовать биолога. Еще не ясно, воздействуют ли они на живые системы. Все больший интерес вызывают сантиметровые и миллиметровые волны. В последние годы стали накапливаться факты об их воздействии на биологические объекты. Использование этих излучений в промышленности возрастает, поэтому их возможное влияние на человека – вопрос, имеющий не только теоретический интерес. Ультракороткие и инфракрасные волны оказывают тепловое воздействие на ткани организмов, что широко используется в медицинской практике и сельском хозяйстве. Не менее интересна и область корпускулярных ионизирующих излучений, таких, как α- и β- лучи радионуклидов, потоки электронов и протонов, генерируемые современными ускорителями, нейтроны атомных реакторов или π-мезоны и ядра тяжелых нуклидов – космических лучей. Корпускулярные излучения обладают высокой энергией, часто большой проникающей способностью, активно взаимодействуют с атомами и молекулами живых организмов, вызывая ионизацию, образование высокореактивных свободных радикалов, ядерные реакции. Все это может иметь глубокие последствия для жизнедеятельности клетки, ткани, организма. Ввиду сходства воздействия на вещество корпускулярных и таких электромагнитных излучений, как рентгеновские и γ-лучи, их часто объединяют в группу ионизирующей радиации.
При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передаётся дальше в виде излучения. Испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, как в случае распада U238, называется α-излучением; испускание электрона, как в случае распада тория-234, называется β-излученим и т.д. Различные ядра высвобождают свою энергию различными способами, в форме электромагнитных волн и/или потоков частиц. Разные виды излучения сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.
α -излучение представляет собой поток тяжелых частиц положительно заряженных ядер гелия, состоящих из двух протонов и двух нейтронов, испускаемых атомами таких тяжелых элементов, как уран, радий, радон и плутоний. В воздухе альфа-излучение проходит не более пары сантиметров (наиболее высокоэнергетические альфа-частицы могут пройти слой воздуха при нормальном атмосферном давлении не более 11 см или слой воды до -150 мкм) и полностью задерживается листом бумаги или эпидермисом, внешним омертвевшим слоем кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие альфа - частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными. Альфа-излучение в 20 раз опаснее гамма-излучения.
Бета-излучение - это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать в ткани организма через кожу на 1-2 см. Оно может быть задержано листом металла, оконным стеклом, обычной одеждой. Бета-излучение поражает незащищенную кожу и глаза. Если частицы, испускающие бета-излучение, попадут в организм, они будут облучать внутренние ткани.
Гамма-излучение - это электромагнитное излучение высокой энергии, которое обладает большой проникающей способностью, изменяющейся в широких пределах. Ионизирующая способность гамма-излучения значительно меньше, чем у альфа- и бета- частиц. С того момента, как гамма-излучение попадает в вещество, его интенсивность начинает снижаться. На своем пути оно повсеместно сталкивается с атомами. Такое взаимодействие с клетками тела может повредить кожу и внутренние ткани. Плотные материалы, такие, как свинец, бетон, являются отличными барьерами на пути гамма-лучей.
Рентгеновское излучение - аналогично гамма-излучению, испускаемому ядрами, но оно получается искусственно в рентгеновской трубке, которая сама по себе не радиоактивна. Поскольку рентгеновская трубка питается электричеством, то испускание рентгеновских лучей может быть включено или выключено с помощью выключателя.
Нейтронное излучение обладает высокой проникающей способностью, поэтому наносит вред всем органам, но наиболее чувствительным к нейтронному излучению является хрусталик глаза. Нейтроны проникают глубже, чем гамма-лучи и могут быть остановлены только толстым бетонным, водяным или парафиновым барьером.
В качестве единицы измерения поглощенной ионизирующей радиации в современной единой системе единиц принято такое ее количество, которое соответствует энергии в 1Дж, поглощенной 1 кг ткани. Эта единица получила название грей (Гр) в честь крупного английского радиобиолога Л.Грея. В качестве единицы измерения ионизирующей радиации чаще используют величину в 100 раз меньшую – рад.[1]
Также введена величина эквивалентной дозы, измеряемая в зивертах (1 Зв = 1 Дж/кг). Зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиоактивную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.
Для оценки эквивалентной дозы применяется также единица БЭР (биологический эквивалент рада): 1БЭР = 0,01 Зв.
Естественный фон ионизирующих излучений. Внешнее и внутреннее облучение
Где бы мы ни находились – на знойном юге или на далеком севере, в долинах или высоко в горах, на свежем воздухе или в помещении, на отдыхе в санатории или на работе, окруженные современной техникой, на пароходе, в поезде или в самолете – наше тело постоянно пронизывается высокоэнергетическими фотонами и корпускулами ионизирующей радиации. Падая на организм извне, они проникают во все ткани и органы, где отдают свою энергию молекулам и структурам клеток.
В большом количестве они зарождаются внутри нашего тела от находящихся в нем радиоактивных веществ, и тогда вероятность их поглощения тканями повышается. Речь идет о высокоэнергетических фотонах и частицах. Их энергия во много раз превышает энергию любой химической связи в молекуле. Столкновение таких частиц с молекулами нашего тела – это, как правило, катастрофа для молекулы: она распадается, меняет свою конфигурацию, теряет одни свойства и приобретает совсем иные.
Расчеты показывают, что каждую секунду в организме человека весом в 70 кг в среднем происходит около 500 тыс. таких молекулярных катастроф, 500 тыс. столкновений молекул с ионизирующими частицами, сопровождающихся временным или постоянным изменением свойств этих молекул.
Облучение от естественных источников ни на минуту не останавливается: секунды, минуты, часы, дни, годы непрерывно идет эта микробомбардировка наших клеток. Ее последствия только за последние годы становятся ясны благодаря многочисленным радиобиологическим исследованиям. И, как часто бывает в науке, то, что казалось очевидным еще несколько лет назад, приобретает новое освещение в свете полученных фактов. Если в 40-х и даже в начале 50-х годов ученые имели вообще очень смутные представления о естественном фоне радиации, то теперь уже ясно, что его нельзя игнорировать, обсуждая такие проблемы, как происхождение жизни, эволюция, старение, канцерогенез и многое другое. Мы различаем внешнее облучение от источников, расположенных вне организма, и внутреннее – от инкорпорированных, т.е. включенных в организм радиоактивных нуклидов. Внешнее облучение слагается из облучения вторичными космическими лучами, достигающими биосферы Земли, и излучениями радионуклидов, рассеянных в окружающих нас земных породах и строительных материалах.