Радиация

Все мы знаем о печальных Хиросиме и Нагасаки, где от жизни остались «ядерные тени». Мы каждый год вспоминаем о катастрофе на Чернобыльской АЭС, которая унесла с собой тысячи людских жизней и серьёзно повлияла на экосистемы. И, надеюсь, читали мой пост про Заряд демона (если не читали, то пожалуйста, там интересно...). И виновником всему этому стало неаккуратное обращение с такой штукой как радиация. Но радиация – это не только про катастрофы и страх. Вы прямо сейчас находитесь под её воздействием. Но что это вообще такое? Обо всём простым языком сегодня! #physics

Прежде всего, надо понимать, что радиация это понятие гораздо более широкое, чем излучение от радиоактивных материалов. То же солнце несет на Землю колоссальный поток радиации. Наше счастье, что планета укутана атмосферой и магнитным полем. Магнитное поле отклоняет заряженные частицы, а атмосфера поглощает большую часть опасного излучения. Солнечный поток обеспечивает работающий уже миллиарды лет в недрах нашего светила термоядерный реактор, синтезирующий гелий из водорода. Это так называемая естественная радиация.

Радиация (ионизирующее излучение) – это поток энергии в виде субатомных частиц или электромагнитных волн, испускаемых при распаде радиоактивных материалов.

Это явление берет свое начало в самом сердце материи – атомном ядре. Ядро любого атома образовано частицами двух видов: протонами и нейтронами. Это мы все знаем из курса базовой физики или химии. Количество протонов является определяющим, поскольку именно оно указывает на вид химического элемента и его место в периодической системе. Нейтроны же играют роль специфического стабилизатора: они противодействуют отталкиванию между частицами с одинаковым позитивным зарядом.

Для легких элементов идеальное соотношение этих частиц составляет примерно 1 к 1. То есть когда количество протонов равно количеству нейтронов. Однако это не всегда так. По мере роста атомного номера ядру становится все труднее поддерживать целостность, и для стабильности ему требуется значительно больше нейтронов.

Когда этот баланс нарушается или ядро слишком большое, оно становится нестабильным. Как раз такие неустойчивые атомы называют радиоизотопами или радионуклидами. Стабильность каждого конкретного нуклида зависит от состава его ядра и энергии связи между частицами.

В ядерной физике существует понятие долины стабильности – региона на диаграмме нуклидов, где расположены наиболее устойчивые ядра. Все элементы тяжелее свинца не имеют по-настоящему стабильных изотопов и со временем неизбежно распадаются. Во время этого процесса ядро избавляется от избытка энергии, излучая частицы или электромагнитные кванты. Вот это мы и называем радиацией.

Электромагнитное излучение представляет собой поток фотонов, распространяющихся волнами. Фотон является базовой частицей для всех форм электромагнитного излучения. Но что это такое? Это квант энергии – света, всегда находящийся в движении. И имеет, как заметили учёные при эксперименте с «двумя щелями», двоякую природу – ведет себя и как волна, и как частица. Это не так просто понять нам, но облегчает исследования и расчеты ученых. Другими, более сложными словами это называется корпускулярно-волновым дуализмом.

И да, фотоны можно разделить на видимые или невидимые. Видимый свет – лишь небольшая часть электромагнитного спектра, в который также входят инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.

Так что хотя радиация в широком физическом понимании является процессом передачи энергии в пространстве с помощью волн или частиц, в повседневной жизни под этим термином обычно понимают именно ионизирующее излучение – поток, энергия которого настолько велика, что выбивает электроны из оболочек атомов, превращая их в электрически заряженные ионы. В этом и вся суть лучевой болезни.

Лучевая болезнь – это комплекс повреждений организма, вызванный ионизирующим излучением. Радиация проходит через организм и выбивает электроны из молекул. Это создает свободные радикалы, которые разрушают клеточные структуры, включая ДНК, что ведет к «радиационному апоптозу», простыми словами – массовой гибели клеток.

При умеренных дозах радиация убивает клетки костного мозга, прекращая выработку эритроцитов и лейкоцитов, что ведет к инфекциям и кровотечениям. Более высокие дозы уничтожают эпителий кишечника, вызывая обезвоживание, тяжелую диарею и сепсис. При экстремальных дозах происходит отек мозга, повреждаются нейроны, смерть наступает в течение дней или часов.

Первичной реакцией является тошнота, рвота, слабость сразу после облучения.

Далее симптомы временно исчезают, хотя разрушение тканей продолжается. Это называется скрытым периодом. Потом проявляются симптомы поражения систем (кроветворной, ЖКТ). А в конечном итоге два пути: восстановление или смерть. Зависит от дозы облучения.

Теперь поговорим о таких понятиях как ядерные тени и мутации.

Ядерные тени (или тень Хиросимы): о механизме возникновения.

Вопреки распространенному мифу, эти тени не являются «испарившимися» останками людей. Процесс их появления объясняется физикой теплового излучения.

При взрыве выделяется колоссальное количество световой и тепловой энергии, которая мгновенно обесцвечивает поверхности в радиусе поражения.

Человек или предмет, находившийся на пути этого излучения, срабатывал как экран. Он поглощал часть энергии, защищая участок поверхности за собой от выгорания.

В результате поверхность вокруг объекта становилась светлее, а участок под ним сохранял свой первоначальный, более темный цвет, образуя силуэт.

Выглядит это довольно жутко. Ну, зато теперь вы знаете, что нужно делать перед ядерным взрывом. Принять забавную позу.

А что насчёт мутаций? Учёные активно изучают флору и фауну на территории Чернобыля. Ведь в то время как некоторые представители погибли, другие адаптировались и вполне нормально чувствуют себя в таких условиях. Почему?

У учёных есть несколько идей на этот счёт. Основной является то, что некоторые изначально были устойчивее к, например, раку. Соответственно, они смогли пережить облучение, в то время как другие погибли. В результате выжившие с более устойчивыми генами начали размножаться с такими же. Вот так всё и получилось.

И хоть большая часть рассказов о мутантах это и выдумка, вот вам пару примеров с изменением внешнего вида животных.

Лягушки (преимущественно древесные квакши) из-за высокого уровня радиации приобрели необычный темно-черный окрас, ставший результатом быстрой эволюции. Ученые выяснили, что повышенное содержание меланина несколько защищает их от радиационного излучения, при этом сами лягушки остаются здоровыми, а радиация не влияет на их продолжительность жизни.

Ласточки. В Чернобыльской зоне отчуждения они стали объектом долгосрочных исследований, демонстрируя мутации и высокий уровень смертности из-за радиации. У птиц фиксируются опухоли, деформации клювов, альбинизм и сниженная способность к размножению, однако популяция адаптируется, меняя поведение и окрас.

Но ведь есть и польза от радиации, верно? Лучевая терапия.

Лучевая терапия – это метод лечения рака, использующий ионизирующее излучение высокой энергии (гамма-лучи или протоны) для уничтожения раковых клеток. Излучение повреждает ДНК злокачественных клеток, из-за чего они теряют способность делиться и погибают, а опухоль уменьшается. Это яркий пример того, как, казалось бы, страшное оружие может приносить и пользу при правильном его применении.

Интересный факт: Цутому Ямагути – самый невезучий и везучий человек одновременно.

6 августа 1945 года он находился в командировке в Хиросиме, когда США сбросили первую атомную бомбу. Он был всего в 3 км от эпицентра, получил серьезные ожоги и временную слепоту, но выжил.

После этого он вернулся в свой родной город – Нагасаки.

9 августа 1945 года он вышел на работу в Нагасаки и рассказывал начальнику о взрыве в Хиросиме, когда произошел второй атомный взрыв. В этот раз он также находился примерно в 3 км от эпицентра, но, будучи в бомбоубежище, не получил новых смертельных травм.

Цутому Ямагути официально признан правительством Японии единственным человеком («нидзю хибакуся» — дважды жертва бомбардировки), пережившим оба взрыва. Он прожил долгую жизнь и скончался в 2010 году в возрасте 93 лет.

Вот такой вот подарок на сотню подписчиков. Я очень надеюсь, что всё было понятно и вы узнали что-нибудь новенькое. Если вдруг есть правки – то обязательно пишите, буду рад совершенствоваться. Всем желаю вдохновения!