Вилен Барабой - Ядерные излучения и жизнь

Гамма-лучи могут излучаться и при альфа-, и при бета-распаде. Если ядро, образовавшееся в результате радиоактивного распада, обладает избытком энергии, т. е. находится в возбужденном состоянии, оно излучает избыток энергии в виде кванта гамма-излучения. В этом случае альфа- или бета-излучение сопровождается гамма-излучением.

Гамма-лучи принято характеризовать энергией квантов излучения. В таблице 1 приведены значения энергии гамма-квантов, возникающих при распаде некоторых радиоактивных веществ. Чем больше энергия кванта, тем больше проникающая способность гамма-лучей.

Гамма-лучи и рентгеновские лучи обладают одинаковыми свойствами, однако энергия квантов рентгеновских лучей меньше, чем у гамма-лучей. Рентгеновские лучи получают в специальных рентгеновских трубках при торможении быстро летящих электронов. Таким образом, в отличие от гамма-лучей, рентгеновские лучи возникают вне ядра. Благодаря одинаковым свойствам рентгеновские лучи часто используют вместо гамма-лучей для экспериментального облучения животных и семян растений. Рентгеновские установки, применяемые для этой цели, дают лучи с максимальной энергией - 0,2 Мэв.

Иногда ядро, образовавшееся в результате радиоактивного распада, само является радиоактивным и распадается, образуя новое ядро. Так, ядро радона, образовавшееся в результате распада радия, радиоактивно и в свою очередь распадается с выделением альфа-частицы. Таким образом возникают цепочки, или ряды атомных ядер, каждое из которых возникает из предыдущего в результате альфа- или бета-распада. Цепочка распада продолжается до тех пор, пока не образуется стабильное ядро. Такой ряд радиоактивных элементов носит название семейства. Например, в семействе урана родоначальником является уран-238, а в числе 16 продуктов распада имеются такие широко используемые в медицине радиоактивные элементы, как радий и радон. Заканчивается этот ряд стабильным изотопом свинца Pb 206 82

У радиоактивных элементов в результате непрерывно происходящего распада ядер количество радиоактивного вещества постоянно убывает. Это убывание происходит по определенному закону, называемому законом радиоактивного распада, который гласит, что количество атомов, распадающихся за 1 сек, пропорционально количеству имеющихся активных атомов. Число актов распада, происходящих за 1 сек., называется активностью данного препарата.

На практике для измерения активности пользуются единицей, называемой кюри. Это такое количество радиоактивного вещества, в котором за 1 сек. происходит 3,7 · 10 10распадов. Можно считать, что примерно такую активность имеет 1 г радия.

Часто пользуются единицами меньше кюри: мкгори - милликюри и мккюри - микрокюри (1 мкюри = 0,001 кюри; 1 мккюри = 0,001 мкюри = 0,000 001 кюри).

Для измерения гамма-активности часто пользуются единицей грамм-эквивалент. Под грамм-эквивалентом понимают количество радиоактивного вещества, которое дает такое же гамма-излучение, как и 1 г. радия.

Между кюри и грамм-эквивалентом существует определенная зависимость, различная для разных изотопов. Так, для кобальта - 60 имеем 1 кюри = 1,6 г-экв, для радия 1 кюри = 1 г-экв и т. д.

Скорость распада радиактивного вещества всегда постоянна и не зависит от внешних условий. Удобнее всего ее характеризовать периодом полураспада. Радиоактивные изотопы, применяемые в биологии и медицине, имеют периоды полураспада от нескольких минут до многих тысячелетий.

Данные точных измерений показывают, что и сам человек, и все окружающие его объекты живой и неживой природы радиоактивны. Познакомимся ближе с теми радиоактивными элементами, которые обусловливают радиоактивность окружающего нас мира. В настоящем разделе речь будет идти только о так называемой естественной радиоактивности, т. е. о тех радиоактивных веществах, которые уже давно существуют в природе. Их возникновение не связано ни с испытаниями ядерного и термоядерного оружия, ни с развитием атомной промышленности.

Естественнорадиоактивные вещества в небольших количествах содержатся во всех оболочках и в ядре Земли. Особое значение для человека имеют радиоактивные элементы биосферы, т. е. той части земной оболочки, где обитают животные, растения и человек. Радиоактивные элементы рассеяны во всей биосфере, хотя редко встречаются в сколько-нибудь значительных количествах. Возникновение их относится к периоду образования Земли. По-видимому, несколько миллиардов лет тому назад, накануне образования нашей планеты, вещество Земли находилось в таких условиях, которые благоприятствовали возникновению радиоактивных и нерадиоактивных элементов. В этот период времени возникает основная масса радиоактивных изотопов, как долгоживущих, сохранившихся до настоящего времени, так и короткоживущих, в настоящее время уже полностью распавшихся. В зависимости от их происхождения все естественнорадиоактивные элементы Земли можно разделить на три группы.

К первой группе относятся элементы, объединенные в три радиоактивных семейства. Кроме долгоживущих родоначальников этих семейств - урана, тория и актиноурана - сюда входят и продукты их распада, в том числе и относительно короткоживущие - радий, радон, мезоторий и др. Количество радиоактивных элементов этой группы постепенно уменьшается в соответствии с законом радиоактивного распада. Наиболее широко распространенными элементами этой группы являются уран, количество которого в земной коре больше, чем серебра или ртути, и торий. Природный уран является смесью трех изотопов - урана - 238 (99,28%), урана - 235 (0,71%) и урана - 234 (0,006%). Уран - 238 и уран - 235 (актино-уран) - родоначальники двух радиоактивных семейств.

Один из продуктов распада урана - 238 - радий, о котором уже говорилось выше. Несмотря на сравнительно небольшой период полураспада, содержание радия в земной коре относительно стабильно, так как уменьшение его количества в результате распада компенсируется непрерывным образованием нового радия за счет распада урана.

Радий нашел себе широкое применение в медицине не только как источник гамма-лучей для облучения больных (в этой области его вытесняют значительно более дешевые искусственные радиоактивные вещества), но и как источник радона для радоновых ванн, часто применяемых физиотерапевтами.

Радон, период полураспада которого 3,8 дня, представляет собой радиоактивный газ, образующийся в результате распада радия. Ванны из воды, содержащей растворенный радон, применяются для лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы, суставов, периферической нервной системы, гинекологических и других заболеваний. Для таких ванн используют либо воду природных радиоактивных источников, либо обычную пресную воду, искусственно насыщенную радоном.