Природная радиоактивность

Мало кто даже из крупных специалистов в области атомной физики в то утро 1942 года знал, что человек, наконец, овладел тайной управления цепной ядерной реакцией. Но спустя три года, в 1945 году, мир был потрясен трагедией японских городов — Хиросимы и Нагасаки.

Именно над этими городами впервые взметнулись ядовитые грибы атомных взрывов. И именно тогда человечество узнало — горько и ощутимо — о разрушительной силе атомного ядра.

Однако изучение явления радиоактивности и действия излучения на живые ткани началось значительно раньше — в 1896 году. В то время молодой французский физик Анри Беккерель заинтересовался солями, содержащими химический элемент уран.

Дело в том, что многие соли урана обладают способностью фосфоресцировать при их облучении солнечным светом. Беккерель решил более подробно изучить это свойство. Он подвергал соли урана действию солнечного света и после этого клал их на фотопластинку, завернутую в черную бумагу. Оказалось, что лучи фосфоресценции урановых солей достаточно легко проходят сквозь светонепроницаемую бумагу, оставляя на пластинке, после ее проявления, черное пятно. К такому выводу сначала пришел Беккерель. Но вскоре выяснилось, что лучи фосфоресценции здесь ни при чем. Соли урана, даже приготовленные и выдержанные в темноте, в течение нескольких месяцев все равно действовали па фотопластинку и не только через бумагу, но даже через дерево, металлы и т. п. На основе этих опытов и была открыта радиоактивность. А двумя годами позже знаменитыми учеными, супругами Марией и Пьером Кюри были открыты два новых радиоактивных элемента — полоний и радий. Именно с этого времени и началось интенсивное изучение радиоактивности. Но что же такое радиоактивность?

Мы с детства привыкли, что предметы неодушевленные существуют обычно веками. Во всяком случае, если не сами предметы, то материалы, из которых они изготовлены. Судите сами: если мы даже и разбили фарфоровую чашку и она перестала исполнять предназначенную ей роль, то ее черепки могут пролежать тысячелетия и с ними, в принципе, ничего не произойдет. Ведь находят же археологи остатки посуды и украшения, которые люди носили много тысячелетий тому назад!

Все дело здесь заключается в необычайной прочности молекул неорганических соединений и частиц, их составляющих,— атомов. И действительно, отдельные атомы могут существовать очень долгое время, не претерпевая каких-либо существенных изменений. Ведь для того, чтобы разрушить или «переделать» атом, нужно изменить его ядро, а это слишком сложная задача.

Но в природе, оказывается, есть и такие атомы, ядра которых изменяются самопроизвольно, спонтанно, как говорят специалисты-физики. Именно такие ядра и назвали радиоактивными, так как, претерпевая превращения, они испускают лучи. Таким образом, радиоактивность — это физическое явление, при котором происходит та или иная перестройка атомных ядер. Обычно это лучи трех сортов. Их назвали буквами греческого алфавита: альфа, бета и гамма. Альфа- и бета-лучи — это потоки частиц. В частности, альфа-частицы — это атомы элемента гелия, лишенные своих электронов. Бета-частицы — это поток электронов, а гамма-лучи представляют собой электромагнитные колебания, несколько сходные по своим свойствам с рентгеновскими лучами. Таким образом, атом радиоактивного элемента, выбрасывая из ядра альфа- или бета-частицу, превращается в атом другого элемента. Так, например, атом радия, испуская альфа-частицу, превращается в атом элемента, который называется радоном.

Изучая радиоактивные элементы (которых, кстати, оказалось не так уж мало), ученые подметили две очень интересные особенности. Одна из них заключалась в том, что скорость распада (или, точнее, превращения) радиоактивных атомов одного и того же сорта строго постоянна и на нее практически не оказывают влияния никакие внешние факторы. Зависит она лишь от количества имеющегося в наличии радиоактивного элемента. Так, например, если у нас имеется один грамм радия, то половина всех имеющихся атомов распадется ровно за 1620 лет. Оставшиеся полграмма распадутся наполовину (то есть их количество уменьшится вдвое) также через 1620 лет и т. д. При этом скорость распада для каждого вида атомов строго постоянна, и пока не найдено двух различных типов радиоактивных атомов, которые имели бы одинаковые времена полураспада (то есть того периода времени, за которое половина всех атомов претерпевает превращение).

Другая особенность заключалась в том, что, как оказалось, радиоактивные лучи способны воздействовать на живые ткани. И первым обнаружил это первооткрыватель радиоактивности Анри Беккерель. Для демонстрации свечения солей радия в темноте он носил с собой в нагрудном кармане стеклянную ампулу, в которой находилась эта соль. Через некоторое время на своем теле, в месте, находящемся против ампулы, он обнаружил небольшое покраснение, напоминавшее легкий ожог, которое затем перешло в небольшую язвочку. Ученый совершенно верно приписал это явление действию радиоактивных лучей. Кстати сказать, язвочка заживала очень медленно и полностью зарубцевалась лишь через много месяцев. Именно тогда, почти за пятьдесят лет до Хиросимы и Нагасаки, радиоактивные атомы предупредили людей о своей опасности.

В чем же она состоит?

Оказалось, что основную опасность представляют не сами вещества, а то излучение, которое они испускают в процессе радиоактивного превращения. Все три вида лучей в той или иной мере могут взаимодействовать с различными веществами как неорганического, так и органического характера, в том числе и с тем «материалом», из которого построены клетки живого организма. И хотя все три типа излучения существенным образом отличаются друг от друга, в первом приближении их действие на живые ткани можно считать до некоторой степени одинаковым.

Но здесь, конечно, существуют и свои особенности. Поскольку альфа-излучение представляет собой поток довольно тяжелых (по сравнению с бета-частицами) ядер атома гелия, эти ядра при прохождении через вещество производят наибольшие нарушения во встречающихся на их пути молекулах. В этом смысле наиболее безопасны гамма-лучи — они меньше всего взаимодействуют с веществом, сквозь которое они проходят. Бета-частицы занимают в этом отношении промежуточное положение. Таким образом, альфа-лучи являются как бы наиболее опасными. Но здесь есть и другая сторона вопроса. Дело в том, что благодаря своей массивности и сильному взаимодействию с веществом альфа-частицы имеют весьма малый так называемый «пробег», то есть путь, который они проходят в том или ином материале. Даже тонкий листок бумаги является для них непреодолимым барьером. В частности, было установлено, что альфа-лучи проникают в кожу человека на глубину всего лишь нескольких микрон. Естественно, что привести к глубоким поражениям внутренних органов при наружном облучении они не могут. В то же время гамма-лучи, хотя и значительно меньше взаимодействуют с веществом, однако их проникающая способность настолько велика, что тело человека может практически и не составить для них ощутимой преграды. Недаром ядерные реакторы окружают толстыми бетонными стенами— в первую очередь это своеобразные «ловушки» для гамма-лучей, которые появляются при работе реактора. Поскольку путь гамма-лучей в теле человека во многие тысячи раз длиннее пути альфа-частиц, естественно, что они могут привести к разрушению на этом пути многих «повстречавшихся» им химических и биологических структур. Именно поэтому при наружном облучении радиоактивными веществами считается, что наибольшую опасность представляют гамма-лучи. Правда, картина существенно меняется, если радиоактивное вещество попадает внутрь организма. Тогда наиболее опасными становятся альфа-лучи, которые интенсивно будут взаимодействовать с клетками внутренних тканей.

Основная опасность, как отмечалось выше, состоит в разрушении тех или иных молекул организма при взаимодействии с излучением. Так, например, молекулы воды при этом претерпевают усиленную диссоциацию на заряженные ионы водорода и гидроксила. Но, пожалуй, значительно хуже, когда вместо диссоциации молекула «раскалывается» на две нейтральные группы (так называемые радикалы), которые хотя и существуют в свободном виде чрезвычайно короткое время, однако обладают очень большой реакционной способностью.

Подобные превращения могут претерпевать, конечно, не только молекулы воды, но и другие химические соединения, входящие в состав живого организма. Одно время даже считали, что поражение организма вследствие облучения обусловлено именно этими осколками, часть которых является весьма опасными. Однако эта гипотеза вскоре была оставлена, так как ей противоречила крайне низкая концентрация веществ, которые могли бы образоваться. Действительно, даже при интенсивном облучении организма, содержание таких осколков не должно было бы превышать одну десятимиллиардную долю грамма. Сейчас ученые придерживаются того мнения, что, вероятно, первоначально образовавшиеся ионы и радикалы вступают в дальнейшее взаимодействие с еще не разрушенными молекулами. Продукты таких «вторичных» реакций, в свою очередь, вступают во взаимодействие с новыми молекулами, так что количество молекул, претерпевших разрушение, лавинообразно нарастает, то есть в данном случае наблюдается так называемая цепная реакция. Вследствие этого сильно изменяется состав различных веществ (в частности, витаминов-ферментов), регулирующих деятельность человеческого организма, а также изменение ряда физиологических функций и биохимических процессов (кроветворной функции костного мозга, дыхательной функции крови и т. п.). И как следствие, в зависимости от интенсивности облучения наступают те или иные формы лучевой болезни. И хотя в настоящее время разработаны эффективные методы ее лечения с помощью препаратов, обрывающих цепную лавину превращений, так называемых ингибиторов, все же решающее значение в деле профилактики лучевых заболеваний имеет запрещение не только применения, но и испытаний атомного и термоядерного оружия.

Использование радиоактивных препаратов для профилактики и лечения ряда заболеваний крайне целесообразно. Еще пионеры исследования радиоактивности — Пьер и Мария Кюри применяли препараты радия в качестве своеобразных лечебных препаратов. В настоящее время радиоактивные изотопы широко применяются при лечении различного рода злокачественных опухолей. Но, пожалуй, наиболее давно известным применением радиоактивных веществ для поддержания жизненного тонуса человека, профилактики ряда заболеваний является использование так называемых радоновых ванн.

Дело в том, что радий при радиоактивном распаде превращается в радиоактивный газообразный элемент радон. Вода, насыщенная таким радиоактивным газом, и является радоновой ванной. И хотя в настоящее время в ряде клиник готовят искусственные радоновые ванны, наиболее известным природным «месторождением» радоновых вод являются у нас в Советским Союзе кавказские источники близ Цхалтубо. Изучением их уже давно занимаются врачи-курортологи. Как было установлено, действие радоновых ванн в значительной мере обязано присутствию радона, в частности альфа-излучению, которое появляется при радиоактивном распаде радона. Именно действием ничтожных доз облучения альфа-частицами и объясняются целебные свойства радоновых ванн.

Как выяснилось, в процессе принятия радоновых ванн организм подвергается облучению не только снаружи, но и изнутри. Поскольку радон газообразен, он легко проникает внутрь организма человека, а также через кожу непосредственно в кровь. Таким образом, при принятии радоновых ванн происходит равномерное и повсеместное небольшое облучение организма альфа-частицами. При этом оказалось, что только около одного процента радона, растворенного в воде, оказывает свое целительное действие. Кроме того, это действие весьма ограничено во времени. Поскольку радон газообразен, в течение 1—2 часов он практически полностью удаляется из организма после приема ванны. За это время успевает распасться лишь около полупроцента радона. Таким образом, как видно, облучение организма во время приема ванны не только очень кратковременно, но и незначительно. Однако именно эти минимальные дозы облучения и являются целительными. Как было установлено, принятие радоновых ванн незначительно сказывается на сужении сосудов кожи и сердечных сокращениях. В то же время отмечается некоторое снижение кровяного давления, а также повышается интенсивность обмена веществ. Кроме того, повышаются функции кроветворных органов. Радоновые ванны приводят к усилению окислительных процессов в организме, способствующих его жизнедеятельности. Особенно выраженное влияние оказывают радоновые ванны на нервную систему. В частности, усиливаются тормозные процессы » коре головного мозга, что в свою очередь, способствует улучшению сна. Отмечалось также, что радоновые ванны обладают (хотя и небольшим) противоболевым и противовоспалительным действием. Было обнаружено, что в ряде случаев такие ванны ликвидируют хронические воспалительные процессы в отдельных органах человеческого организма (суставах и костях).

За последнее время в медицинской и биохимической практике широкое распространение получили так называемые меченые атомы. Это атомы обычных химических элементов, только радиоактивные. (Химики чаще называют их радиоактивными изотопами.) Именно <в силу их нестабильности появляется достаточно простая возможность следить за их продвижением и поведением в живом организме. Вещество, содержащее в своем составе такие атомы, «все время как бы сигнализирует о месте своего пребывания. Именно поэтому и появилось название "меченые".

Большие возможности предоставили радиоактивные изотопы ученым при проведении исследований по изучению обмена веществ (как в растительных, так и в животных организмах). Так, например, было установлено, что белок куриного яйца формируется (синтезируется) из продуктов питания, которые скармливались курам примерно за месяц до снесения яиц. В то же время для создания скорлупы яйца используется кальций, скормленный подопытной птице накануне. Метод радиоактивных индикаторов (или меченых атомов) позволил обнаружить ученым факт очень большой скорости прохождения обмена веществ между живым организмом и средой. Так, например, ранее считалось общепринятым, что ткани обновляются через достаточно большие промежутки времени, исчисляемые годами. Однако в действительности оказалось, что практически полная замена всех старых жиров организма на новые в теле человека проходит всего за две недели. Использование меченого водорода (атомов трития) однозначно показало, что животные организмы способны поглощать соду не только через желудочно-кишечный тракт, но и непосредственно через кожу.

Интересные результаты были получены учеными с использованием радиоактивных изотопов железа. Так, например, удалось проследить поведение в организме «своей» и перелитой (донорской) крови, на основе чего были значительно улучшены ее способы хранения и консервации.

Известно, что в состав красных кровяных шариков (эритроцитов) крови входит гемоглобин — сложное вещество, содержащее железо. Оказалось, что если животному вводить с пищей радиоактивный изотоп железа, то оно не только не поступает в кровь, но и вообще не усваивается. Даже если у животного тем или иным способом уменьшено в крови количество эритроцитов, на первом этапе все равно не происходит усвоения железа. И лишь когда количество эритроцитов за счет старых запасов железа достигает нормы, наблюдается усиленная ассимиляция радиоактивного железа. Железо откладывается в организме «про запас» в виде сложного соединения ферритина, которое образуется при его взаимодействии с белком. И только уже из этого «склада» организм черпает железо для синтеза гемоглобина.

Ряд радиоактивных изотопов был применен для ранней диагностики заболеваний. Так, например, было установлено, что при нарушениях работы щитовидной железы в ней резко уменьшается количество йода. Поэтому вводимый в организм в той или иной форме йод достаточно быстро ею аккумулируется. Однако провести анализ на йод щитовидной железы живого человека не представляется возможным. Здесь снова на помощь пришли меченые атомы, в частности радиоактивный изотоп йода. Вводя в организм, а затем наблюдая пути его прохождения и места аккумулирования, медики разработали методику определения начальных стадий базедовой болезни.

Власов Л. Г. - Природа лечит

Похожие публикации

Радиоактивность и пища человека

Вред и опасности быстрого похудения

Нитрат-тестер СОЭКС