Загальні відомості про радіоактивний розпад і іонізуюче випромінювання

Сучасна фізика відкрила широкі можливості застосування атомної енергії в медицині. Для лікарів стало доступним використання радіоактивних ізотопів різних хімічних елементів, які вже зараз значно розширили наукові дослідження, діагностичні можливості та лікувальне застосування іонізуючих випромінювань.

В даний час навіть важко собі уявити, як широко в майбутньому буде використано іонізуюче випромінювання в медичній практиці. Тому цілком зрозумілий інтерес до біологічній різних видів іонізуючого випромінювання.

Успіхи фізики і відкриття в інших областях науки, що знаменували кінець XIX століття, допомогли розкрити «таємниці» благотворного впливу вод багатьох джерел-в них були виявлені радіоактивні ізотопи. Як показали подальші дослідження, основними ізотопами, що містяться в радіоактивних водах, є радон і продукти його радіоактивного розпаду.

Наводимо найбільш загальні закономірності радіоактивного розпаду в радонових водах і супроводжуючого його іонізуючого випромінювання, вважаючи, що це буде корисно широкому колу читачів, які цікавляться питанням лікувального використання цих вод.

У 1896 р Becquere виявив, що уран випускає промені, що діють на фотографічну пластинку і здатні іонізувати повітря. Властивість ізотопів мимовільно випускати невидимі промені Pierre і Marie Curie назвали радіоактивністю. Вони ж в 1898 р відкрили радіоактивність радію і полонія, a Schmidt - радіоактивність торію.

Почалася широка смуга нових відкриттів. Rutherford (1902) встановив, що радіоактивний розпад пов`язаний з трьома видами випромінювання, які він назвав першими літерами грецького алфавіту (а-, (в- і у-променями)). Ці випромінювання різні за своєю фізичною природою і мають різну проникаючу і іонізуючої здатністю.

Випробування в магнітному полі показали, що а-частинки мають позитивний заряд, в-частинки - негативний заряд, а у-частинки заряду не мають. Біологічна дія а-, в- і у-випромінювань на організм і його фізіологічні системи по-різному.

Радіоактивні і нерадіоактивні ізотопи - різновиди атомів хімічного елемента, що відрізняються один від одного своєю масою. Хімічні властивості ізотопів одного і того ж елемента майже ідентичні, проте їх фізичні та, зокрема, радіоактивні властивості різні. Деякі ізотопи виявлені в природних умовах-значно більше їх отримано лабораторним шляхом.

Фізик Д.Д. Іваненко запропонував теорію будови ядра, згідно з якою ядро складається з елементарних частинок - протонів і нейтронів. Ці частинки майже рівні за своєю масою, проте протони заряджені позитивно, а нейтрони заряду не несуть.

Подальші дослідження показали, що у одного і того ж хімічного елемента є атоми, які в ядрі при однаковому числі протонів і електронів містять різну кількість нейтронів. Такі атоми мають однакові хімічні властивості, але відрізняються фізичними властивостями. Це і є ізотопи хімічних елементів.

Так, наприклад, у водню є два стійких нерадіоактивних ізотопу - легкий водень і важкий водень - дейтерій. У легкого водню ядро складається тільки з одного протона, у важкого - з одного протона і одного нейтрона.

За своїми фізичними властивостями ізотопи хімічних елементів можуть бути радіоактивними і стійкими нерадіоактивними.

Радіоактивні ізотопи характеризуються нестійкістю їх атомних ядер, причому перехід в більш стійкий стан супроводжується іонізуючим випромінюванням.

У природі відомі три материнських радіоактивних ізотопу - уран, торій і актино-уран. Кожен з цих ізотопів в процесі радіоактивного розпаду перетворюється в інші хімічні речовини, причому кінцевим стійким продуктом їх розпаду є один з ізотопів нерадіоактивного свинцю.

У всіх трьох родинах одним з продуктів радіоактивного розпаду є радіоактивний газ, який називають еманацією. В ряду урану - радію еманацією буде радон, торію - еманація торію (торон), актино-урану - актинон. При подальшому розпаді еманація знову перетворюється в метали.

Простежимо, як відбувається радіоактивний розпад ізотопів ряду урану - радію, що мають найбільш важливе значення в медичній практиці.

Уран (U238) - радіоактивний хімічний елемент, масове число якого дорівнює 238, широко поширений в земній корі. Уран - сріблястий метал, має високу хімічну активність. За фізичними властивостями є альфа-активним елементом з періодом напіврозпаду 4,5-10-9 років. Уран являeтcя родоначальником радіоактивного сімейства радію.

Радій (Ra226) відкритий в 1898 р М. Кюрі-Склодовської та П. Кюрі як продукт розпаду урану. Радій - лужноземельний метал, масове число якого дорівнює 226, а період напіврозпаду дорівнює 1620 років. Радіоактивний розпад радію супроводжується а- і у-випромінюванням. У медичній практиці, в тому числі і для отримання радону, зазвичай застосовують хлористі, бромисті солі радію, які добре розчиняються у воді.

Радій, так само як і уран, широко поширений в природі - в гірських породах, природних водах, а також в організмах рослин, тварин і людини. Гранично допустима концентрація радію в побутових питних водах не повинна перевищувати 5-10-11 кюрі / л. Радій в процесі розпаду перетворюється в радон (Rn222) (еманація радію).

Радон (Rn222) - газ, радіоактивний хімічний елемент-він відкритий в 1900 р фізиками Е. Резерфордом і Е. Дорном і майже одночасно Дебверном. Масове число радону одно 222, а заряд його ядра 86. Радон-222 - інертний газ, який також піддається подальшим перетворенням, що супроводжується випромінюванням.

Радон утворюється безпосередньо з радію. Він широко поширений в природі - в повітрі, мінеральних і прісних водах і грунті. У процесі розпаду радон випускає а-частки, перетворюється в короткоживучий ізотоп - радій А, даючи початок групі так званих дочірніх продуктів радону, які у великих або менших кількостях майже завжди є там, де знаходиться радон. Наводимо коротку характеристику радіоактивних ізотопів, які перебувають в радонових водах (табл. 2).


Процес радіоактивного розпаду і утворення нових хімічних речовин підпорядковується певним законом. У той же час період радіоактивного розпаду для кожного ізотопу - величина постійна.

Час, необхідний для розпаду половини атомів радіоактивного ізотопу, є величиною постійною і називається періодом напіврозпаду. Для кожного ізотопу цей час по-різному, воно змінюється від мільярдів років (наприклад, у U238) до часткою секунд (радій С1). Для радону (Rn222) період напіврозпаду дорівнює 3,825 дня.

Радій А, радій В, радій С і радій С1 називають дочірніми короткоживущими продуктами розпаду радону. У підсумку всі вони перетворюються в більш стійкий радій D (Ra D210), період напіврозпаду якого 23,3 року.

Дочірні продукти радону, будучи металами, осідають на будь-яку поверхню, з якою вони стикаються. При цьому утворюється активний наліт, в якому відбувається подальший радіоактивний розпад.

Е.А. Смирнов-Каменський, С.М. Петелін