Гамма излучение частота волны. Применение гамма излучение в медицине

Ионизирующее излучение (далее - ИИ) - это излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к ионизации атомов и молекул, т.е. это взаимодействие приводит к возбуждению атома и отрыву отдельных электронов (отрицательно заряженных частиц) из атомных оболочек. В результате, лишенный одного или нескольких электронов, атом превращается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация. К ИИ относят электромагнитное излучение (гамма-излучение) и потоки заряженных и нейтральных частиц - корпускулярное излучение (альфа-излучение, бета-излучение, а также нейтронное излучение).

Альфа-излучение относится к корпускулярным излучениям. Это поток тяжелых положительно заряженных а-частиц (ядер атомов гелия), возникающее в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. Поскольку частицы тяжелые, то пробег альфа-частиц в веществе (то есть путь, на котором они производят ионизацию) оказывается очень коротким: сотые доли миллиметра в биологических средах, 2,5—8 см в воздухе. Таким образом, задержать эти частицы способен обычный лист бумаги или внешний омертвевший слой кожи.

Однако вещества, испускающие альфа-частицы, являются долгоживущими. В результате попадания таких веществ внутрь организма с пищей, воздухом или через ранения, они разносятся по телу током крови, депонируются в органах, отвечающих за обмен веществ и защиту организма (например, селезенка или лимфатические узлы), вызывая, таким образом, внутреннее облучение организма. Опасность такого внутреннего облучения организма высока, т.к. эти альфа-частицы создают очень большое число ионов (до нескольких тысяч пар ионов на 1 микрон пути в тканях). Ионизация, в свою очередь, обуславливает ряд особенностей тех химических реакций, которые протекают в веществе, в частности, в живой ткани (образование сильных окислителей, свободного водорода и кислорода и др.).

Бета-излучение (бета-лучи, или поток бета-частиц) также относится к корпускулярному типу излучения. Это поток электронов (β--излучение, или, чаще всего, просто β -излучение) или позитронов (β+-излучение), испускаемых при радиоактивном бета-распаде ядер некоторых атомов. Электроны или позитроны образуются в ядре при превращении нейтрона в протон или протона в нейтрон соответственно.

Электроны значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь вещества (тела) на 10-15 сантиметров (ср. с сотыми долями миллиметра у а-частиц). При прохождении через вещество бета-излучение взаимодействует с электронами и ядрами его атомов, расходуя на это свою энергию и замедляя движение вплоть до полной остановки. Благодаря таким свойствам для защиты от бета-излучения достаточно иметь соответствующей толщины экран из органического стекла. На этих же свойствах основано применение бета-излучения в медицине для поверхностной, внутритканевой и внутриполостной лучевой терапии.

Нейтронное излучение - еще один вид корпускулярного типа излучений. Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов (элементарных частиц, не имеющих электрического заряда). Нейтроны не оказывают ионизирующего действия, однако весьма значительный ионизирующий эффект происходит за счет упругого и неупругого рассеяния на ядрах вещества.

Облучаемые нейтронами вещества могут приобретать радиоактивные свойства, то есть получать так называемую наведенную радиоактивность. Нейтронное излучение образуется при работе ускорителей элементарных частиц, в ядерных реакторах, промышленных и лабораторных установках, при ядерных взрывах и т. д. Нейтронное излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Лучшими для защиты от нейтронного излучения являются водородсодержащие материалы.

Гамма излучение и рентгеновское излучение относятся к электромагнитным излучениям.

Принципиальная разница между двумя этими видами излучения заключается в механизме их возникновения. Рентгеновское излучение - внеядерного происхождения, гамма излучение - продукт распада ядер.

Рентгеновское излучение, открыто в 1895 году физиком Рентгеном. Это невидимое излучение, способное проникать, хотя и в разной степени, во все вещества. Представляет собой электромагнитное излучение с длиной волны порядка от - от 10 -12 до 10 -7 . Источник рентгеновских лучей - рентгеновская трубка, некоторые радионуклиды (например, бета-излучатели), ускорители и накопители электронов (синхротронное излучение).

В рентгеновской трубке есть два электрода - катод и анод (отрицательный и положительный электроды соответственно). При нагреве катода происходит электронная эмиссия (явление испускания электронов поверхностью твёрдого тела или жидкости). Электроны, вылетающие из катода, ускоряются электрическим полем и ударяются о поверхность анода, где происходит их резкое торможение, вследствие чего возникает рентгеновское излучение. Как и видимый свет, рентгеновское излучение вызывает почернение фотопленки. Это одно его из свойств, основное для медицины - то, что оно является проникающим излучением и соответственно пациента можно просвечивать с его помощью, а т.к. разные по плотности ткани по-разному поглощают рентгеновское излучение - то мы можем диагностировать на самой ранней стадии многие виды заболеваний внутренних органов.

Гамма излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при распаде радиоактивных ядер, переходе ядер из возбужденного состояния в основное, при взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и т.д.

Высокая проникающая способность гамма-излучения объясняется малой длиной волны. Для ослабления потока гамма-излучения используются вещества, отличающиеся значительным массовым числом (свинец, вольфрам, уран и др.) и всевозможные составы высокой плотности (различные бетоны с наполнителями из металла).

Среди изобилия различных излучений, наряду с рентгеновским лучом расположились весьма короткие волны – гамма лучи. Обладая той же природой, что и свет, может набирать скорость до 300 тысяч километров в секунду. Учитывая особые свойства, данные частицы оказывают пагубное воздействие на все живые организмы, а именно – травмирующее, отравляющее. Именно поэтому важно узнать, как и чем можно защитить себя от подобного облучения.

Особенности лучей

Гамма-излучения является наиболее опасным по сравнению с бета, альфа-частицами, поэтому нужна прочная и надежная защита. Гамма-излучение имеет особые источники – космические лучи, распад ядерных атомов, а также их взаимодействие. Частота гамма-излучения больше 3·10 18 Гц.

Облучение имеет искусственные, естественные источники.

Гамма-излучение приходит из глубин космоса, рождается на земле, поэтому оказывает опасное ионизирующее влияние на человеческий организм. Что касается дозы гамма-излучения, то она зависит от многих факторов.

Не стоит забывать об особой закономерности, которая гласит, чем меньше длина волны гамма излучения, тем выше энергия у дозы, эквивалента. Именно поэтому можно смело говорить, что гамма-излучение – это некий поток квантовый, обладающий очень большой энергией.

Гамма-излучение имеет разрушающее воздействие, заключающееся в следующем:

За счет высокой проникающей способности, единицы облучения с легкостью проникают в клетки и живые организмы, провоцируя поражение, сильное отравление.
В процессе движения поток частиц оставляет поврежденные ионы, молекулы, которые начинают ионизировать новые дозы молекул.
Подобная клеточная трансформация становится причиной огромных изменений в структуре. Что касается разрушенных, изменившихся частей клеток, получивших дозы облучения, начинается отравление за счет яда.
Завершающий этап – рождение новых, дефектных клеток, неспособных выполнять собственные функции, так как мощность поражения слишком велика.

Гамма-излучение несет особую опасность, которая усугубляется тем, что человек неспособен самостоятельно почувствовать всю мощность воздействия радиоактивной волны. Подобное явление происходит вплоть до смертельной дозы.

Каждый человеческий орган имеет определенную чувствительность к влиянию радиационной волны, которую дает гамма-излучение. Особая уязвимость наблюдается у делящихся кровеносных клеток, лимфатических желез и ЖКТ, ДНК и фолликул волосяных. Поток гамма частиц способен разрушить слаженность всех процессов, которые действуют в живом организме. Гамма-излучение приводит к серьезной мутации, которая затрагивает генетический механизм. Важно знать, что гамма-излучение, любой дозы, может скапливаться, а затем начать действовать.

Сила облучения

Что касается единицы амбиентного экивалента дозы, то это особая биологическая доза нейтронного излучения гамма частиц. Эквивалентной считается нормируемая величина ущерба, который наносит гамма-излучение. К огромному сожалению, ее невозможно измерить, поэтому в практике принято использовать особые величины дозиметрические, которые можно приблизит к нормируемым. Основная величина – амбиентный эквивалент дозы.

Эквивалент амбиентный – это эквивалент дозы, созданный в фантоме шаровом на определенной глубине от поверхности, учитывая отношение к диаметру, который направлен параллельно излучению. Эквивалент рассматривают в поле излучения, идентичное флюенсу, распределению энергетическому и составу. Подобный эквивалент способен выявить дозировку облучения, его мощность, которую может получить человек. Единица такого эквивалента – зиверт. Следует отметить, что единица измерения коллективной дозировки считается человеко-зиверт, если же единица внесистемная, то человеко-бэр.

Интенсивность, мощность подобного облучения показывает приращение дозы под влиянием излучения за конкретную единицу времени. Размерность дозировки принято делить на единицу времени. Можно использовать разные единицы – 3в/час, м3в/год и прочее. Простыми словами, мощность эквивалентной дозы можно характеризовать дозировкой, которая была получена благодаря единице времени.

Мощность измеряют разнообразными приборами, у которых имеются химические системы, камеры ионизационные, а также те камеры, которые содержат люминесцирующее вещество. Мощность измеряется на высоте одного метра от поверхности земли.

Защитные мероприятия

Гамма-излучение и его источники являются чрезвычайно опасными для человеческого организма. Жизнь человека протекает на фоне природных электромагнитных излучений, имеющих разную длину волны и частоту. Несмотря на всплески, подобный вред минимален для людей, так как в качестве защиты выступает огромное расстояние, отделяющее источники радиации о всего живого.

Совсем другое – это источники земные. Например, наибольшую опасность несут такие источники, как АЭС: контуры технологические, реакторы и прочее. Подобные рукотворные источники способны натворить беды и причинить печальные последствия, поэтому важно знать о мерах защиты от волны радиации гамма частиц. Защита от гамма излучения организовывается в обучении персонала, имеющего отношение к такому источнику.

Основные мероприятия:

Защита временем и расстоянием.
Использование барьера, особого материала, имеющего большую плотность – сталь, бетон и свинец, стекло свинцовое.

Лучшая сила поглощения облучения у свинца.

Ослабит силу лучей вдвое можно так: воспользоваться свинцовой пластинкой, толщина которой составляет 1 сантиметр, воды – не менее 10 см, а бетона – 5 сантиметров. Однако данную преграду нельзя называть непреодолимой. Свинец не выдерживает высокой температуры, поэтому для горячих областей нужны другие металлы: тантал и вольфрам.

Чтобы сделать защитную одежду для персонала, необходимо применить специальный материал. Основой послужит каучук, пластик или же резина. Можно задействовать экраны противорадиационные. Гамма облучение признано самым опасным, поэтому в качестве укрытия может послужить подвал дома. Укрытие будет надежнее, когда толстые стены. Подвал, расположенный в многоэтажках, снижает воздействие и силу радиации в тысячу раз.

Мало кто из нас знает о таком явлении, как гамма-излучение, так как не все мы обладаем специальными познаниями в области физики.

Итак, гамма-излучение представляет собой одну из многочисленных разновидностей электромагнитного излучения. в данном случае очень невелика, как и ее волновые свойства. История открытия данного излучения началась больше ста лет назад. В 1900 году это явление было открыто одним из французских физиков - Полем Виллардом. А произошло это открытие совершенно случайно в результате исследования радия.

Гамма-лучи по-своему уникальны и имеют ряд уникальных свойств. Основные процессы возникают при проникновении данного излучения через определенные виды веществ. Фотоэффект таких лучей основывается на возникновении электронов в веществе при воздействии на него света. Фотоэффект в данном случае может быть как внешним, так и внутренним.

Комптон-эффект - еще одно свойство гамма-излучения, которое также заслуживает особого изучения. В данном случае отмечается увеличение электромагнитной волны. Это явление было открыто в далеком 1923 году.

Образование пар - очередное уникальное свойство гамма-лучей. В результате определенной реакции, квант, расположенный в самом центре ядра, становится и электроном, и позитроном. А вот благодаря ядерному эффекту такого излучения гамма-квант способен выбивать из ядра нуклоны. Гамма-излучение в современном мире применяется в самых разных областях жизни человечества. Гамма-дефектоскопия, например, позволяет контролировать работу многих аппаратов и изделий при помощи специальных лучей. Консервирование многих продуктов также происходит с использованием подобных лучей. При этом срок годности заготовок значительно увеличивается, а о каких-либо вредных последствиях и вовсе не может быть и речи.

С использованием гамма-излучения проводятся процессы стерилизации оборудования, медицинских инструментов, некоторых продуктов питания. В медицине такие лучи также нашли область своего применения. При помощи например, лечится огромное количество разновидностей злокачественных опухолей. Согласитесь, это немаловажный вклад в развитии медицины, так как это удается далеко не каждому лекарственному препарату. При использовании гамма-лучей мы наблюдаем достаточно неплохие результаты в лечении онкологических заболеваний и к тому же при относительно небольших затратах. Да и вообще, гамма-лучи благодаря своим специфическим свойствам смогли существенно продвинуть медицину вперед.

Гамма-каротаж является неотъемлемой частью геологии. Используя различные источники гамма-излучения, геологи измеряют глубину скважин. А вот гамма-высотомер - это способ точно определить расстояние, преодолеваемое То есть данные излучения нашли активное применение и в космонавтике, и в геологии, и в медицине, и на производстве. Но при всех этих положительных моментах гамма-излучение имеет и некоторые недостатки, о которых необходимо обязательно знать. Из-за продолжительного контакта с квантами, например, возникает опасное заболевание - лучевая болезнь. Самым серьезным последствием такого облучения являются различные виды онкологических болезней.

Кроме того, данные лучи обладают еще и тератогенным воздействием на организм, в результате которого происходят мутация и эмбриональное нарушение нормального развития. По сути, гамма-излучение - это та же самая радиация, о которой мы много слышали, но о которой мало знаем. Хотя при правильном использовании в небольших дозах с использованием современного оборудования данные излучения способны существенно облегчить и улучшить жизнедеятельность человека!

Каждый человек наверняка слышал о трех типах радиоактивного излучения - альфа, бета и гамма. Все они возникают в процессе радиоактивного распада вещества, и у них есть как общие свойства, так и различия. Наибольшую опасность несет последний тип излучения. Что же он представляет собой?

Природа радиоактивного распада

Чтобы детальнее понять свойства гамма-распада, необходимо рассмотреть природу ионизирующего излучения. Это определение означает, что энергия такого типа излучения очень высока - когда оно попадает в другой атом, называемый «атом-мишень», он выбивает движущийся по его орбите электрон. При этом атом-мишень становится положительно заряженным ионом (поэтому излучение и было названо ионизирующим). От ультрафиолетового или инфракрасного это излучение отличается высокой энергией.

В целом альфа-, бета- и гамма-распады имеют общие свойства. Можно представить себе атом в виде маленького зернышка мака. Тогда орбита электронов будет мыльным пузырем вокруг него. При альфа-, бета- и гамма-распаде из этого зернышка вылетает крошечная частица. При этом заряд ядра меняется, а это означает, что был образован новый химический элемент. Пылинка несется с гигантской скоростью и врезается в электронную оболочку атома-мишени. Потеряв электрон, атом-мишень становится положительно заряженным ионом. Однако при этом химический элемент остается тем же, ведь ядро атома-мишени осталось прежним. Ионизация является процессом химической природы, практически тот же процесс происходит при взаимодействии некоторых металлов, которые растворяются в кислотах.

Где еще происходит γ-распад?

Но ионизирующие излучения происходят не только при радиоактивном распаде. Они также происходят при атомных взрывах и в ядерных реакторах. На Солнце и других звездах, а также в водородной бомбе осуществляется синтез легких ядер, сопровождающийся ионизирующим излучением. В оборудовании для рентгена и тоже происходит этот процесс. Основное свойство, которое имеют альфа-, бета-, гамма-распады - это высочайшая энергия ионизации.

А различия между этими тремя типами излучений определяются их природой. Радиация была открыта в конце XIX столетия. Тогда никто не знал, что представляет собой это явление. Поэтому три типа излучений и были названы буквами латинского алфавита. Гамма-излучение было открыто в 1910 году ученым по имени Генри Грэгг. Гамма-распад имеет такую же природу, как и солнечный свет, инфракрасные лучи, радиоволны. По своим свойствам γ-лучи представляют собой фотонное излучение, однако энергия содержащихся в них фотонов очень высока. Другими словами, это излучение с очень короткой длиной волны.

Свойства гамма-лучей

Это излучение чрезвычайно легко проникает через любые препятствия. Чем более плотный материал стоит на его пути, тем он лучше его задерживает. Чаще всего с этой целью используют свинцовые или бетонные конструкции. В воздухе γ-лучи легко преодолевают десятки и даже тысячи метров.

Гамма-распад очень опасен для человека. При его воздействии могут повреждаться кожа и внутренние органы. Бета-излучение можно сравнить со стрельбой мелкими пулями, а гамма - со стрельбой иглами. Во время ядерной вспышки, помимо гамма-излучения, также происходит образование нейтронных потоков. Гамма-лучи попадают на Землю вместе с Помимо них, оно несет на Землю протоны и другие частицы.

Действие гамма-лучей на живые организмы

Если сравнить альфа-, бета- и гамма-распады, то последний будет наиболее опасным для живых организмов. Скорость распространения этого типа излучения равна скорости света. Именно из-за его высокой скорости оно быстро попадает в живые клетки, вызывая их разрушение. Каким образом?

На пути γ-излучение оставляет большое количество ионизированных атомов, которые в свою очередь ионизируют новую порцию атомов. Клетки, которые подверглись мощному воздействию гамма-излучения, изменяются на различных уровнях своей структуры. Трансформировавшись, они начинают разлагаться и отравлять организм. И самым последним этапом является появление дефектных клеток, которые уже не могут нормально выполнять свои функции.

У человека разные органы имеют разную степень чувствительности к гамма-излучению. Последствия зависят от полученной дозы ионизирующего излучения. В результате этого в организме могут происходить различные физические процессы, нарушаться биохимия. Наиболее уязвимыми являются органы кроветворения, лимфатическая и пищеварительная системы, а также структуры ДНК. Это воздействие опасно для человека и тем, что излучение накапливается в организме. А также оно имеет скрытый период воздействия.

Формула гамма-распада

Чтобы вычислить энергию гамма-излучения, можно воспользоваться следующей формулой:

В этой формуле h - постоянная Планка, v - частота кванта электромагнитной энергии, с - скорость света, λ - длина волны.

Среди многообразия электромагнитных излучений, рядом с рентгеновскими лучами нашли себе «приют» очень короткие электромагнитные волны - это гамма-излучение. Имея ту же природу, что и свет, оно распространяется в пространстве с такой же скоростью 300 000 км/сек.

Однако ввиду его особых свойств, гамма-излучение оказывает сильнейшее отравляющее и травмирующее действие на живые организмы. Давайте выясним, что такое гамма-излучение, чем оно опасно и как защититься от него.

Чем опасно гамма-излучение

Источниками гамма-излучения являются космические лучи, взаимодействие и распад ядер атомов радиоактивных элементов и другие процессы. Приходя из далёких космических глубин или рождаясь на Земле, это излучение оказывает сильнейшее ионизирующее действие на человека.

В микромире существует закономерность, чем короче длина волны электромагнитного излучения, тем больше энергия у его квантов (порций). Поэтому можно утверждать, что гамма-излучение - это квантовый поток с очень большой энергией.

Чем же опасно гамма-излучение? Механизм разрушительного действия гамма-квантов заключается в следующем.

Благодаря огромной проникающей способности «энергичные» гамма-кванты легко проникают в живые клетки, вызывая их повреждение и отравление.
По пути своего движения они оставляют разрушенные ими молекулы (ионы). Эти повреждённые частицы ионизируют новую порцию молекул.
Такая трансформация клеток вызывает сильнейшие изменения в её различных структурах. А изменившиеся или разрушенные составные части облучённых клеток разлагаются и начинают действовать как яды.
Заключительным этапом является рождение новых, но дефектных клеток, которые не могут выполнять необходимые функции.

Опасность гамма-излучения усугубляется отсутствием у человека механизма способного ощутить это воздействие вплоть до смертельных доз.

Различные органы человека обладают индивидуальной чувствительностью к его воздействию. Наибольшую уязвимость к атаке этого излучения проявляют быстро делящиеся клетки кроветворной системы, пищеварительного тракта, лимфатических желёз, половых органов, волосяных фолликул и структуры ДНК. Проникшие в них гамма-кванты, разрушают слаженность всех процессов и приводят к многочисленным мутациям в механизме наследственности.

Особая опасность гамма-излучения заключается в его способности накапливаться в организме, а также наличие скрытого периода воздействия.

Где применяется гамма-излучение

При неконтролируемом, стихийном воздействии этого излучения последствия могут быть весьма тяжёлые. А учитывая, что оно обладает ещё и «инкубационным» периодом расплата может настигнуть через много лет и даже через поколения.

Однако пытливые умы учёных сумели найти многочисленные применения гамма-излучению:

стерилизация некоторых продуктов, медицинских инструментов и оборудования;
контроль за внутренним состоянием изделий (гамма-дефектоскопия);
определение глубины скважин в геологии;
точное измерение расстояний, преодолеваемых космическими аппаратами;
дозированное облучение растений позволяет получать их мутации, из которых затем отбирают высокопродуктивные сорта.

Как эффективный терапевтический метод лечения гамма-излучение применяется в медицине. Эта методика носит название лучевой терапии. В ней используется особенность гамма-излучения воздействовать в первую очередь на быстро делящиеся клетки.

Этот метод применяют для лечения рака, сарком в тех случаях, когда другие методы лечения неэффективны. Дозированное и направленное облучение позволяет подавить жизнедеятельность патологических клеток опухоли.

Где ещё встречается гамма-излучение

Сейчас мы знаем, что такое гамма-излучение и осознаём сопряжённые с ним опасности. Поэтому постоянно изыскиваем новые способы как защититься от него. Но столетие назад отношение к радиоактивности было более беспечным.

Как защититься от гамма-излучения

Вся наша жизнь проходит на фоне естественных электромагнитных излучений. И вклад гамма-квантов в этот фон достаточно значителен. Однако, несмотря на их периодические всплески, вред их для живых организмов минимален. Здесь землян спасают огромные расстояния от источников этих излучений. Совсем иное - земные источники. Особую опасность несут АЭС: их ядерные реакторы, технологические контуры и другое оборудование. Организация защиты от гамма-излучения персонала на этих и других подобных объектах включает следующие мероприятия.

Для эффективной защиты от гамма-излучения используются материалы с большим атомным номером и высокой плотностью. Этим критериям удовлетворяют:

Наилучшей интенсивностью поглощения γ-лучей обладает свинец. Пластинка свинца толщиной в 1 см, 5 см бетона и 10 см воды - ослабляют это излучение в два раза, однако, не являются для них непреодолимой преградой. Применение свинца в качестве защиты против воздействия гамма-излучения ограничивается его низкой температурой плавления. Поэтому в горячих зонах используют дорогие металлы:

вольфрам;
тантал.

Для изготовления защитной одежды сотрудников, работающих в зоне действия источников излучения или радиоактивного заражения используются специальные материалы. Его основу составляет резина, пластик или каучук со специальным наполнителем из свинца и его соединений.

В качестве средств защиты могут быть задействованы противорадиационные экраны.

Защитой от гамма-излучения является и очень осмотрительное отношение к окружающим нас предметам, кажущихся на вид вполне безобидными: водолазные часы, секстанты, датчики обледенения и т. д. Их циферблаты содержат соли радия 226, являющиеся источниками альфа и гамма-излучения.

Из всех видов радиации именно гамма-излучение обладает наибольшей проникающей способностью. В этом случае наиболее эффективным способом защиты от внешнего гамма-излучения являются специальные укрытия, а при их отсутствии - подвалы домов. Чем толще стены, тем надёжнее укрытие. Подвал многоэтажного дома способен ослабить действие радиации в 1000 раз.

К сожалению, опасность радиационного заражения может возникнуть совершенно внезапно. И облучение могут получить люди совершенно не имеющие отношения к ядерной энергетике. Надеемся, что полученная информация поможет вам сохранить своё здоровье и уберечься от угрозы дополнительного радиоактивного облучения.