Как обнаружили и измерили радиоактивность

Как мы уже говорили раньше, большинство радиоактивных элементов возникло задолго до зарождения жизни на Земле. Следовательно, с самого своего появления человек жил в радиоактивном мире и на него действовали радиоактивные излучения. Чем же объяснить тот факт, что еще 100 лет тому назад человек не имел никакого понятия о радиоактивности и не подозревал, что он живет в радиоактивном мире?

Все это объясняется тем, что ни человек, ни животные не имеют специального органа, или рецептора, который воспринимал бы радиоактивные излучения подобно тому, как глаз воспринимает свет, а ухо - звук. Ведь естественная радиация в силу своей равномерности и постоянства не несла практически никакой полезной информации о среде, окружающей нашего первобытного предка. Правда, опыты на животных (крысах, мышах) показали, что при облучении половины клетки ядерной радиацией большой мощности или импульсным излучением животные собираются на необлучаемой половине клетки. Очевидно, невидимые лучи все же как-то воспринимаются живым организмом. Ученые полагают, что чувствительным органом в этом случае является сетчатка глаза, в которой ионизирующие частицы как бы высекают отдельные искорки, вспышки, и животное избирает более спокойное место. Реакция сетчатки на ядерную радиацию - это результат грубого, непривычного, резкого воздействия очень мощного излучения, подобно "искрам из глаз" при сильном ударе.

Природа не создала специальных органов чувств для восприятия малых количеств ядерных излучений, и человек для обнаружения радиоактивности окружающих его предметов вынужден прибегать к различным косвенным методам. Таким средством в опытах Беккереля оказалась фотопластинка, которая и помогла ему открыть явление радиоактивности. В современных приборах для обнаружения и измерения излучений чаще всего используют либо способность радиоактивных излучений ионизировать воздух и другие газы, через которые они проходят, либо свечение различных веществ при попадании на них ядерных частиц или квантов излучения.

Для обнаружения излучений чаще всего пользуются газовым счетчиком. Он представляет собой металлическую трубку, наполненную газом, по оси которой натянута тонкая нить, соединенная с положительным полюсом источника тока высокого напряжения. Попавшая в счетчик ядерная частица ионизирует находящиеся там молекулы газа. Образовавшиеся отрицательные ионы (электроны) устремляются к положительно заряженной нити, по пути вызывая дополнительную ионизацию молекул газа. Попав на нить, ионы частично нейтрализуют ее заряд, создавая таким образом импульс тока. Импульс затем усиливается и регистрируется счетным устройством, а на нить снова подается напряжение от источника тока. Весь этот процесс длится около 0,0001 сек.

В последнее время все шире и шире начинают применять сцинтилляционные счетчики, использующие люминофоры, т. е. вещества, в которых попадание ядерной частицы вызывает появление кратковременной микроскопической вспышки света. В счетчике эти вспышки регистрируются при помощи специального устройства.

При изучении биологического действия ядерных излучений необходимо знать зависимость между количеством излучения, попавшего на организм, и вызванным им биологическим эффектом, а для этого нужно уметь измерять излучения.

Для количественной оценки ионизирующих излучений пользуются понятием дозы. Доза - мера излучения, основанная на его ионизирующей способности, определяется по степени ионизации воздуха. За единицу измерения принимают дозу, которая в 1,293 · 10^-6 кг воздуха производит такое количество ионов каждого знака, что их общий заряд равняется

кулона. Эта единица называется рентгеном. Иначе рентген - это такая доза, при которой в 1 см³ воздуха при нормальных условиях (температуре 0°С и давлении 1,013 бар или 760 мм рт. ст) образуется 2,082 · 10^-9пар ионов.

Для того чтобы можно было себе наглядно представить, что такое рентген, приведем некоторые данные. Предельно допустимой безопасной дозой для лиц, работающих с радиоактивными изотопами и ядерными излучениями, считают 5 рентген (р) в год. Дозы свыше 100 р, полученные одномоментно, вызывают лучевую болезнь, дозы 500 - 600 р смертельны для человека. Смертельный исход может наступить и призначительно меньших дозах - 250 - 450 р.

Измеряя дозу в рентгенах, мы характеризуем пучок лучей, направленный на облученный объект. Но сам облучаемый объект может различно реагировать на излучение в зависимости от того, как вещество объекта поглощает излучение. Поэтому, когда речь идет о количестве излучения, полученном объектом, мы говорим о поглощенной дозе, которая измеряется радами. Рад - это такая доза, когда энергия, поглощенная 1 кг вещества, равна 0,01 джоуля или 10⁵ эргов.

Одной и той же падающей на объект дозе могут соответствовать различные значения поглощенной дозы. Поэтому встает вопрос, существует ли связь между обоими значениями? На этот вопрос можно ответить положительно. При облучении гамма-лучами мягких тканей животного организма дозой в 1 р поглощенная доза излучения равняется 1 раду (точнее 0,9 рада).

Для измерения активности радиоактивных препаратов и дозы излучения используют измерительные приборы двух типов: 1) приборы, служащие для счета количества ядерных частиц и квантов, так называемые радиометры; 2) приборы для измерения дозы излучения, или дозиметры.

Приборы первого типа регистрируют каждую отдельную частицу, попавшую на воспринимающую излучение часть прибора. Эти приборы имеют высокую чувствительность и особенно удобны для измерения небольших активностей. Обычно такие измерения проводятся путем сравнения в одинаковых условиях количества частиц, излучаемых исследуемым препаратом и эталоном известной активности.

Дозиметры менее чувствительны, чем приборы первого типа, и показывают не количество отдельных частиц, а общую дозу излучения в рентгенах, полученную измерительной камерой прибора за определенное время.

При работах с радиоактивными изотопами и излучениями иногда важно знать, какую дозу излучения получил тот или иной работник. Для этой цели применяют специальный индивидуальный дозиметр, который имеет вид авторучки и помещается в боковом кармане халата. После окончания рабочего дня проверяют его показания и узнают, какая доза излучения получена человеком, работающим с излучениями.

Для измерения радиоактивности земной поверхности и поисков месторождений радиоактивных минералов пользуются приборами, установленными на автомашинах и на самолетах. Приборы автоматически отмечают радиоактивность грунтов и горных пород, над которыми проезжает или пролетает такая лаборатория. Кроме указанных выше приборов для выявления и изучения распределения радиоактивных веществ в различных объектах широко используется методика авторадиографии. Сущность этой методики заключается в том, что исследуемый объект, содержащий радиоактивные включения, на некоторое время прижимают к светочувствительному слою фотопластинки или фотопленки. Поскольку радиоактивные излучения действуют на фотоматериалы подобно свету, на фотопластинке после проявления образуется изображение, показывающее характер распределения радиоактивных веществ в исследуемом образце (минерале, листке растения).

Первое применение авторадиографии в биологии относится к 1904 г., когда отечественный ученый С. Лондон получил авторадиограмму лягушки, которую перед этим заставлял вдыхать радон.

Ценное преимущество авторадиографии в том, что она позволяет не только выявить в том или ином объекте радиоактивные вещества, но и установить точное их местоположение. Другое преимущество этого метода - высокая чувствительность, обусловленная способностью фотографических эмульсий суммировать действие слабых излучений. Применяя длительные (до нескольких месяцев) экспозиции, этим методом можно выявить крайне незначительное количество радиоактивных веществ. Методом авторадиографии часто пользуются биологи при изучении распределения радиоактивных веществ в тканях животного организма или растения.