Радіонукліди та іонізуюче випромінювання

Розділ 9. Радіаційний фон і забруднення
9.1. Радіонукліди та іонізуюче випромінювання

Розділи 9 і 10 адресовані тим, хто прагне поглиблено ознайомитися з дією іонізуючого випромінювання на людський організм, проаналізувати ядерну катастрофу 1986 р. на Чорнобильській АЕС і сформувати власне неупереджене бачення пов'язаних з цим подій в Україні. А розпочнемо ми з висвітлення основ радіаційної фізики і біології.
Термін "радіонуклід" порівняно молодий. Він замінив і для фахівців, і для широкого загалу довші терміни типу "радіоактивне ядро" чи "радіоактивний ізотоп" і означає "ядро (від лат. nucleus), що здатне до випромінювання" (від лат. radius – промінь). Отже, вважатимемо, що нуклід означає стійке ядро, радіонуклід – нестійке, здатне до самовільної трансформації, яка супроводжується викиданням назовні утворених чи вилучених з його складу частинок (або "проміння").
Хоча великі нестійкі ядра можуть виділяти з себе "багато чого" (що саме, показано на рис. 4), та природні радіонукліди найчастіше виділяють у- і в-випромінювання, значно рідше – а-частинки. Такий самий комплект випромінюють і радіонукліди, які забруднюють територію України після катастрофи в Чорнобилі (рис. 36). Значно рідше найважчі з природних ядер (це може бути уран-235) діляться на дві великі частини з одночасним звільненням кількох нейтронів.

Рис. 36. Іонізуючі частинки – продукти розпаду чорнобильських викидів

Важливо мати правильне уявлення про природу й особливості найпоширеніших видів випромінювання (а, в і у).
Гамма-промені (у-кванти, у-фотони) є маленькими цугами електромагнітних хвиль дуже високої частоти і, відповідно, малої довжини хвилі. Лише цими характеристиками вони й відрізняються від звичних нам фотонів (цугів хвиль) видимого світла, які мають набагато більші розміри і, відтак, меншу енергію. Як і світло, у-промені не мають електричного заряду й існують тільки в русі, а народжуються під час перебудови взаємного розташування заряджених частинок у ядрах.
Відомо, що світло може відбиватися від полірованих металів чи білих тіл і поглинатися темними, нагріваючи їх. Світло проходить лише крізь прозорі тіла, які не поглинають і не відбивають фотонів. Внаслідок надто високої частоти своїх хвиль у-кванти не відбиваються, тому для них усі речовини більшою чи меншою мірою проникні. Коли їх енергія велика, то, потрапивши у речовину, вони спочатку навіть не поглинаються, а зіштовхують електрони з орбіт, відриваючи їх від молекул і надаючи їм чималої швидкості. Нагадаємо, що це явище називають іонізацією молекул чи атомів, бо після відриву електрона ці молекули перетворюються на позитивно заряджений іон.
Відірваний електрон забирає від у-кванта частину його енергії. Вона цілком достатня для того, щоб цей електрон сам став іонізатором, зриваючи з місця інші електрони чи розбиваючи молекули на частини з утворенням іонів обох знаків, доки не втратить швидкість. Отже, випромінені радіонуклідами у-кванти іонізують молекули живої речовини, утворюючи з них іони обох знаків, звільняючи електрони, збуджуючи молекули. Саме цими процесами спричинюється радіаційне ураження живих істот.
Лише втративши більшу частину енергії, у-кванти поглинаються і зникають.
в-випромінювання є потоком викинутих радіонуклідами швидких електронів з негативними зарядами. Спочатку їхня швидкість лише трохи менша за швидкість світла у порожнечі, що становить майже 300 тис. км/с. Рухаючись у речовині, вони також іонізують її, утворюючи іони, нові електрони і збуджуючи вцілілі молекули. Втрачаючи енергію, в-частинки гальмуються і приєднуються до якоїсь з молекул. Надалі вони вже нешкідливі. Маючи заряд, в-частинки сильніше за в-кванти взаємодіють з речовиною, швидше втрачають енергію.
а-частинки найважчі і, хоч їх швидкість у десять разів менша за швидкість а-частинок, енергія їх більша. Кожна така частинка є дуже міцним агрегатом з двох нейтронів (без електричного заряду) і двох позитивно заряджених протонів. Маючи великий заряд, а-частинки примудряються утворювати іони буквально "на кожному кроці", лишаючи позаду густий ланцюг пошкоджених, розірваних на частини, збуджених молекул. Втративши швидкість, а-частинки приєднують два електрони і стають нешкідливим і хімічно інертними атомами гелію. Шкодять а-частинки живому також тільки під час швидкого руху.