20.7: Вплив радіації на речовину

Цілі навчання

• Знати відмінності між іонізуючим та неіонізуючим випромінюванням та їх впливом на речовину.
• Для виявлення природних і штучних джерел випромінювання.

Оскільки ядерні реакції зазвичай не впливають на валентні електрони атома (хоча захоплення електронів витягує електрон з орбіти найнижчого енергетичного рівня), вони безпосередньо не викликають хімічних змін. Тим не менш, частинки і фотони, що виділяються під час ядерного розпаду, дуже енергійні, і вони можуть побічно виробляти хімічні зміни в речовині, що оточує розпад ядра. Наприклад, частинка α - це іонізоване ядро гелію (He ^{2 +}), яке може діяти як потужний окислювач. У цьому розділі ми опишемо, як випромінювання взаємодіє з речовиною і деякі хімічні та біологічні ефекти випромінювання.

Іонізуюче проти неіонізуючого випромінювання

Вплив випромінювання на речовину визначається в першу чергу енергією випромінювання, яка залежить від виробленої нею реакції ядерного розпаду. Неіонізуюче випромінювання є відносно низьким рівнем енергії; коли воно стикається з атомом в молекулі або іоні, більша або вся його енергія може бути поглинена, не викликаючи структурних або хімічних змін. Натомість кінетична енергія випромінювання передається атому або молекулі, з якою воно стикається, змушуючи його обертатися, вібрувати або рухатися швидше. Оскільки ця енергія може передаватися сусіднім молекулам або іонам у вигляді тепла, багато радіоактивних речовин теплі на дотик. Наприклад, високорадіоактивні елементи, такі як полоній, використовувалися як джерела тепла в космічній програмі США. Поки інтенсивність неіонізуючого випромінювання недостатньо велика, щоб викликати перегрів, вона відносно нешкідлива, і його вплив можна нейтралізувати охолодженням.

На відміну від цього, іонізуюче випромінювання вище за енергією, і частина його енергії може передаватися одному або декільком атомам, з якими воно стикається при проходженні через речовину. Якщо передається достатня кількість енергії, електрони можуть збуджуватися до дуже високих енергетичних рівнів, в результаті чого утворюються позитивно заряджені іони:

\[\mathrm{atom + ionizing\: radiation \rightarrow ion^+ + \, {e^-}\label{Eq1}} \]

Молекули, які були іонізовані таким чином, часто мають високу реакцію, і вони можуть розкладатися або піддаватися іншим хімічним змінам, які створюють каскад реактивних молекул, які можуть пошкодити біологічні тканини та інші матеріали (рис.\(\PageIndex{1}\)). Оскільки енергія іонізуючого випромінювання дуже висока, ми часто повідомляємо про її енергію в таких одиницях, як мегаелектронвольт (МеВ) на частинку:

\[\text{1 MeV/particle} = \text{96 billion J/mol}. \nonumber \]

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Радіаційний збиток. Коли високоенергетичні частинки, що виділяються радіоактивним розпадом, взаємодіють з речовиною, вони можуть розривати зв'язки або іонізувати молекули, що призводить до зміни фізичних властивостей, таких як пластичність або колір. Скляний електроізолятор зліва не піддавався опроміненню, але ізолятор праворуч отримував інтенсивні дози опромінення протягом тривалого періоду часу. Радіаційні пошкодження змінили хімічну структуру скла, в результаті чого воно стало яскраво-синім. (CC BY-SA-NC; анонімний)

Вплив іонізуючого випромінювання на речовину

Вплив іонізуючого випромінювання залежить від чотирьох факторів:

1. Тип випромінювання, який диктує, наскільки далеко воно може проникнути в речовину
2. Енергія окремих частинок або фотонів
3. Кількість частинок або фотонів, які вражають задану площу за одиницю часу
4. Хімічна природа речовини, що піддається впливу випромінювання

Відносні можливості різних форм іонізуючого випромінювання проникати в біологічні тканини проілюстровані на малюнку\(\PageIndex{2}\). Через свого високого заряду і маси α випромінювання сильно взаємодіє з речовиною. Отже, він не проникає глибоко в який-небудь предмет, і його можна зупинити папірцем, одягом або шкірою. На відміну від цього, γ промені, без заряду і по суті без маси, не взаємодіють сильно з речовиною і проникають глибоко в більшість об'єктів, включаючи тіло людини. Кілька дюймів свинцю або більше 12 дюймів спеціального бетону потрібні для повної зупинки γ променів. Оскільки β частинки є проміжними за масою і зарядом між α частинками і γ променями, їх взаємодія з речовиною також є проміжним. Бета-частинки легко проникають в папір або шкіру, але їх можна зупинити шматочком дерева або відносно тонким листом металу.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Глибина проникнення іонізуючого випромінювання. Глибина проникнення альфа, бета- і гамма-випромінювання змінюється залежно від частинки. Оскільки α частинки сильно взаємодіють з речовиною, вони не проникають глибоко в організм людини. Навпаки, β частинки не так сильно взаємодіють з речовиною і проникають глибше. Гамма-промені, які не мають заряду, зупиняються лише дуже щільними матеріалами і можуть проходити прямо через людський організм, не поглинаючись. (CC BY-SA-NC; анонімний)

Через свою велику проникаючу здатність γ промені на сьогоднішній день є найнебезпечнішим видом випромінювання, коли вони надходять від джерела поза тілом. Однак альфа-частинки є найбільш шкідливими, якщо їх джерело знаходиться всередині організму, оскільки внутрішні тканини поглинають всю їх енергію. Таким чином, небезпека від радіації сильно залежить від типу випромінюваного випромінювання та ступеня опромінення, що дозволяє вченим безпечно поводитися з багатьма радіоактивними матеріалами, якщо вони вживають запобіжних заходів, щоб уникнути, наприклад, вдихання дрібнодисперсного пилу, що містить альфа-випромінювачі. Деякі властивості іонізуючого випромінювання зведені в табл\(\PageIndex{1}\).

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Деякі властивості іонізуючого випромінювання

Тип	Енергетичний діапазон (МеВ)	Відстань проникнення у воду*	Відстань проникнення в повітря*
* Відстань, на якій половина випромінювання була поглинена.
α частинки	3—9	< 0,05 мм	< 10 см
β частинки	≤ 3	< 4 мм	1 м
рентгенівські промені	<10 ^−2	< 1 см	< 3 м
γ промені	10 ^−2 —10 ^1	< 20 см	> 3 м

Існує багато різних способів вимірювання радіаційного опромінення або дози. Рентген (R), який вимірює кількість енергії, поглиненої сухим повітрям, може бути використаний для опису кількісного впливу. Названий на честь німецького фізика Вільгельма Рентгена (1845—1923; Нобелівська премія з фізики, 1901), який виявив рентгенівські промені. Рентген фактично визначається як кількість випромінювання, необхідне для отримання електричного заряду 2,58 × 10 ⁻⁴ С в 1 кг сухого повітря. Пошкодження біологічних тканин, однак, пропорційно кількості енергії, що поглинається тканинами, а не повітрям. Найбільш поширеною одиницею, яка використовується для вимірювання впливу радіації на біологічну тканину, є рад (поглинена радіацією доза); еквівалент СІ - сірий (Gy). Рад визначається як кількість випромінювання, яке призводить до поглинання 0,01 Дж енергії на 1 кг речовини, а сірий визначається як кількість випромінювання, яке призводить до поглинання 1 Дж енергії на кілограм:

\[\mathrm{1\: rad = 0.010\: J/kg \hspace{25 pt} 1\: Gy = 1\: J/kg \label{Eq2}} \]

Таким чином, 70 кг людина, яка отримує дозу 1,0 рад над усім тілом, поглинає 0,010 Дж/70 кг = 1,4 × 10 ⁻⁴ Дж, або 0,14 мДж. Щоб поставити це в перспективі, 0,14 мДж - це кількість енергії, що передається вашій шкірі крапелькою окропу 3,8 × 10 ⁻⁵ г. Оскільки енергія крапельки води переноситься на відносно велику площу тканини, вона нешкідлива. Радіоактивна частинка, однак, передає свою енергію одній молекулі, що робить її атомним еквівалентом кулі, випущеної з потужної гвинтівки.

Оскільки частинки α мають набагато більшу масу і заряд, ніж β частинки або γ промені, різниця в масі між частинками α і β аналогічна удару м'ячем для боулінгу замість м'яча для настільного тенісу, що рухається з однаковою швидкістю. При цьому кількість пошкоджень тканин, спричинених 1 рад α частинок, набагато більше, ніж пошкодження, спричинене 1 радом β частинок або γ променів. Таким чином, одиниця під назвою rem (еквівалент рентгену у людини) була розроблена для опису фактичної кількості пошкодження тканин, спричиненого заданою кількістю випромінювання. Кількість Rems випромінювання дорівнює числу рад, помноженому на коефіцієнт RBE (відносної біологічної ефективності), який становить 1 для β частинок, γ променів і рентгенівських променів і близько 20 для α частинок. Оскільки фактичні дози опромінення, як правило, дуже малі, більшість вимірювань повідомляється в міліремах (1 мрем = 10 ⁻³ rem).

Вільгельм Рентген

Народився в провінції Нижній Рейн Німеччини, Рентген був єдиною дитиною виробника і торговця тканинами. Його сім'я переїхала до Нідерландів, де він не виявляв особливих здібностей у школі, але де він любив бродити по сільській місцевості. Рентген був виключений з технічної школи в Утрехті після того, як його несправедливо звинуватили у малюванні карикатури на одного з вчителів. Він почав вивчати машинобудування в Цюріху, куди міг вступити, не маючи повноважень звичайного студента, і отримав ступінь доктора філософії в Цюріхському університеті в 1869 році. У 1876 році він став професором фізики.

Природні джерела випромінювання

Ми постійно піддаємося вимірюваному фоновому випромінюванню від різноманітних природних джерел, яке в середньому дорівнює приблизно 150-600 мрем/рік (рис.\(\PageIndex{3}\)). Одним з компонентів фонового випромінювання є космічні промені, високоенергетичні частинки і\(\gamma\) промені, що випромінюються сонцем та іншими зірками, які бомбардують Землю безперервно. Оскільки космічні промені частково поглинаються атмосферою до того, як вони досягнуть поверхні Землі, опромінення людей, що живуть на рівні моря (близько 30 мрем/рік), значно менше, ніж опромінення людей, що живуть на більшій висоті (близько 50 мрем/рік у Денвері, штат Колорадо). Кожні 4 години, проведені в літаку на більш ніж 30,000 футів додає близько 1 мрем до щорічного опромінення людини.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Радіаційне опромінення типового дорослого в Сполучених Штатах. Середня доза опромінення з природних джерел для дорослої людини в США становить близько 150-600 мрем/рік. На радон припадає більше половини загального радіаційного опромінення дорослої людини, тоді як фонове випромінювання (наземне і космогенне) і опромінення з медичних джерел становлять близько 15% кожен. Джерело даних: Управління цивільного поводження з радіоактивними відходами (CC BY-SA-NC; анонім)

Другим компонентом фонового випромінювання є космогенне випромінювання, що утворюється при взаємодії космічних променів з газами у верхній атмосфері. При зіткненні високоенергетичних космічних променів з атомами кисню і азоту виділяються нейтрони і протони. Вони, в свою чергу, реагують з іншими атомами для отримання радіоактивних ізотопів, таких як\(\ce{^{14}C}\):

\[\ce{^{14}_7 N + ^1_0 n \rightarrow ^{14}_6 C + ^1_1p }\label{Eq3} \]

Атоми вуглецю реагують з атомами кисню, _{утворюючи СО 2}, який в кінцевому підсумку вимивається на поверхню Землі під час дощу і захоплюється рослинами. Близько 1 атома в 1 × 10 ¹² атомів вуглецю в наших тілах є радіоактивним ¹⁴ С, який розпадається в результаті бета-випромінювання. Близько 5000 ядер ¹⁴ С розпадаються у вашому організмі протягом 15 с або близько того, що вам потрібно прочитати цей абзац. Тритій (³ Н) також виробляється у верхніх слоях атмосфери і потрапляє на Землю в опадах. Загальна доза опромінення, що припадає на ¹⁴ С, оцінюється як 1 мрем/рік, тоді як через ³ H приблизно в 1000 разів менше.

Третім основним компонентом фонового випромінювання є земна радіація, яка обумовлена залишками радіоактивних елементів, які були присутні на споконвічній Землі, і продуктами їх розпаду. Наприклад, багато гірських порід і мінералів у ґрунті містять невелику кількість радіоактивних ізотопів, таких як\(\ce{^{232}Th}\), а також радіоактивні дочірні ізотопи, такі як\(\ce{^{226}Ra}\).\(\ce{^{238}U}\) Кількість фонового випромінювання від цих джерел приблизно таке ж, як і від космічних променів (приблизно 30 мрем/рік). Ці ізотопи також містяться в невеликих кількостях у будівельних матеріалах, отриманих з гірських порід та мінералів, що значно збільшує радіаційне опромінення людей, які живуть у цегляних або бетонно-блокових будинках (60-160 мрем/рік) замість будинків з дерева (10-20 мрем/рік). Наші тканини також поглинають випромінювання (близько 40 мрем/рік) від природних радіоактивних елементів, які присутні в наших тілах. Наприклад, середня доросла особина містить близько 140 г калію в якості\(K^+\) іона. Природний калій містить 0,0117%\(\ce{^{40}K}\), який розпадається, виділяючи як частинку β, так і (\ гамма\) промінь. За останні 20 секунд, приблизно час, який вам знадобився, щоб прочитати цей абзац, приблизно 40 000\(\ce{^{40}K}\) ядер розпалися у вашому тілі.

На сьогоднішній день найважливішим джерелом фонового випромінювання є радон, найважчий з благородних газів (група 18). Радон-222 виробляється при ^{розпаді 238} U, а інші ізотопи радону виробляються при розпаді інших важких елементів. Незважаючи на те, що радон хімічно інертний, всі його ізотопи радіоактивні. Наприклад, ²²² Rn зазнає двох послідовних подій альфа-розпаду, щоб дати ²¹⁴ Pb:

\[\ce{^{222}_{86} Rn \rightarrow ^4_2\alpha + ^{218}_{84} Po + ^4_2\alpha + ^{214}_{82} Pb } \label{Eq4} \]

Оскільки радон є щільним газом, він має тенденцію накопичуватися в закритих приміщеннях, таких як підвали, особливо в місцях, де ґрунт містить більшу, ніж середню кількість природних мінералів урану. У більшості умов радіоактивний розпад радону не створює проблем через дуже малу дальність випромінюваної α частинки. Однак, якщо атом радону виявляється у ваших легенях, коли він розпадається, хімічно реактивний дочірній ізотоп полоній-218 може стати необоротно пов'язаним з молекулами в легеневій тканині. Подальший розпад\(\ce{^{218}Po}\) виділяє частинку α безпосередньо в одну з клітин, що вистилають легені, і в результаті пошкодження може в кінцевому підсумку викликати рак легенів. \(\ce{^{218}Po}\)Ізотоп також легко поглинається частинками сигаретного диму, які прилипають до поверхні легенів і можуть утримувати радіоактивний ізотоп на місці. Останні оцінки свідчать про те, що вплив радону є фактором, що сприяє приблизно 15% смертей через рак легенів. Через потенційні проблеми зі здоров'ям радону пози, багато держав вимагають, щоб будинки були перевірені на радон, перш ніж вони можуть бути продані. За нинішніми оцінками, на радон припадає більше половини радіаційного опромінення типової дорослої людини в США.

Штучні джерела випромінювання

Крім природного фонового випромінювання, людина піддається впливу невеликої кількості випромінювання з різних штучних джерел. Найважливішими з них є рентгенівські промені, що використовуються в діагностичних цілях в медицині та стоматології, які представляють собою фотони з набагато меншою енергією, ніж γ промені. Один рентген грудної клітки забезпечує дозу опромінення близько 10 мрем, а стоматологічний рентген близько 2-3 мрем. Інші незначні джерела включають телевізійні екрани та комп'ютерні монітори з електронно-променевими трубками, які також виробляють рентгенівські промені. Люмінесцентні фарби для циферблатів годинника спочатку використовували радій, високотоксичний альфа-випромінювач, якщо потрапляє ті, хто малює циферблати. Радій був замінений тритієм (³ Н) і прометиєм (¹⁴⁷ Pr), які випромінюють низькоенергетичні β частинки, які поглинаються годинниковим кришталем або склом, що покриває прилад. Радіаційне опромінення від екранів телевізорів, моніторів та люмінесцентних циферблатів становить близько 2 мрем/рік. Залишкові випади від попередніх випробувань ядерної зброї в атмосфері, за оцінками, складають приблизно вдвічі цю суму, а атомна енергетика становить менше 1 мрем/рік (приблизно стільки ж, як і один 4-годинний реактивний політ).

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Розрахувати річну дозу опромінення в радах типовий 70 кг хімія студент отримує від природних ⁴⁰ К в своєму організмі, який містить близько 140 г калію (як іон K ⁺). Природна велика кількість ⁴⁰ К становить 0,0117%. Кожен 1,00 моль ⁴⁰ К піддається 1,05 × 10 ⁷ розпадів/с, і кожна подія розпаду супроводжується викидом 1,32 МеВ β частинки.

Задано: маса студента, маса ізотопу, природна чисельність, швидкість розпаду та енергія частинки

Запитано: річна доза опромінення в радах

Стратегія:

1. Обчисліть кількість присутніх родимок ⁴⁰ К, використовуючи його масу, молярну масу та природну велику кількість.
2. Визначте кількість розпадів на рік на цю суму ⁴⁰ К.
3. Помножте кількість розпадів на рік на енергію, пов'язану з кожною подією розпаду. Для отримання річної дози опромінення використовуйте масу учня, щоб перетворити це значення в ради.

Рішення

A Кількість молів ⁴⁰ К, присутніх в організмі, - це загальна кількість атомів калію, що перевищує природну кількість атомів калію, присутніх як ⁴⁰ К, розділене на атомну масу ⁴⁰ К:

\[\textrm{moles }^{40}\textrm K= 140\textrm{ g K} \times \dfrac{0.0117\textrm{ mol }^{40}\textrm K}{100\textrm{ mol K}}\times\dfrac{1\textrm{ mol K}}{40.0\textrm{ g K}}=4.10\times10^{-4}\mathrm{\,mol\,^{40}K} \nonumber \]

B Наведено кількість атомів ⁴⁰ К, які розпадаються в секунду в 1,00 моль ⁴⁰ К, тому кількість розпадів на рік виглядає наступним чином:

\(\dfrac{\textrm{decays}}{\textrm{year}}=4.10\times10^{-4}\mathrm{\,mol^{40}\,K}\times\dfrac{1.05\times10^7\textrm{ decays/s}}{\mathrm{1.00\,mol\,^{40}K}}\times\dfrac{60\textrm{ s}}{1\textrm{ min}}\times\dfrac{60\textrm{ min}}{1\textrm{ h}}\times\dfrac{24\textrm{ h}}{1\textrm{ day}}\times\dfrac{365\textrm{ days}}{1\textrm{ yr}}\)

C Загальна енергія, яку організм отримує в рік від розпаду ⁴⁰ К, дорівнює загальному числу розпадів за рік, помноженому на енергію, пов'язану з кожним подією розпаду:

\[\begin{align*}\textrm{total energy per year}&=\dfrac{1.36\times10^{11}\textrm{ decays}}{\textrm{yr}}\times\dfrac{1.32\textrm{ MeV}}{\textrm{decays}}\times\dfrac{10^6\textrm{ eV}}{\textrm{MeV}}\times\dfrac{1.602\times10^{-19}\textrm{ J}}{\textrm{eV}}\\&=2.87\times10^{-2}\textrm{ J/yr}\end{align*} \nonumber \]

Ми використовуємо визначення рад (1 рад = 10 ⁻² Дж/кг тканини) для перетворення цієї цифри в дозу опромінення в радах. Якщо припустити, що доза рівномірно розподілена по всьому організму, то доза опромінення в рік виглядає наступним чином:

\[\begin{align*}\textrm{radiation dose per year}&=\dfrac{2.87\times10^{-2}\textrm{ J/yr}}{\textrm{70.0 kg}}\times\dfrac{1\textrm{ rad}}{1\times10^{-2}\textrm{ J/kg}}\\&=4.10\times10^{-2}\textrm{ rad/yr}=41\textrm{ mrad/yr}\end{align*} \nonumber \]

Це відповідає майже половині нормального фонового випромінювання, яке відчуває більшість людей.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Оскільки стронцій хімічно схожий на кальцій, невелика кількість іона Sr ^{2 +} засвоюється організмом і відкладається в багатих кальцієм тканині, таких як кістка, використовуючи той самий механізм, який відповідає за поглинання Са ^{2 +}. Отже, радіоактивний стронцій (⁹⁰ Sr), виявлений у відходах поділу та випущений під час випробувань атмосферної ядерної зброї, є серйозною проблемою для здоров'я. Нормальний 70 кг людського тіла має близько 280 мг стронцію, а кожен моль ⁹⁰ Sr піддається 4,55 × 10 ¹⁴ розпадів/с викидом 0,546 МеВ β частинки. Якою була б річна доза опромінення в радах для людини 70 кг, якби 0,10% введеного стронцію становили ⁹⁰ Sr?

Відповідь

5,7 × 10 ³ рад/рік (що в 10 разів перевищує смертельну дозу)

Оцінка впливу радіаційного опромінення

Одним з найбільш спірних питань державної політики, що обговорюються сьогодні, є те, чи становить радіаційне опромінення штучних джерел у поєднанні з впливом природних джерел значний ризик для здоров'я людини. Вплив разових доз опромінення різної величини на людину наведено в табл\(\PageIndex{2}\). Через безліч факторів, що беруть участь у радіаційному опроміненні (тривалість опромінення, інтенсивність джерела, енергія та тип частинки), важко кількісно оцінити конкретні небезпеки одного радіоізотопу проти іншого. Тим не менш, деякі загальні висновки щодо впливу радіаційного опромінення загальноприйняті як дійсні.

Таблиця\(\PageIndex{2}\): Вплив одноразової дози опромінення на 70 кг людини

Доза (rem)	Симптоми/Ефекти
< 5	відсутність спостережуваного ефекту
5—20	можливі хромосомні пошкодження
20—100	тимчасове зниження кількості лейкоцитів
50—100	тимчасова стерильність у чоловіків (до року)
100—200	легка променева хвороба, блювота, діарея, втома; імунна система пригнічена; ріст кісток у дітей затриманий
> 300	постійна стерильність у жінок
> 500	летальний результат до 50% протягом 30 днів; руйнування кісткового мозку і кишечника
> 3000	смертельний протягом декількох годин

Дози опромінення 600 rem і вище незмінно смертельні, тоді як доза 500 rem вбиває половину опромінених протягом 30 днів. Менші дози (≤ 50 rem), здається, викликають лише обмежені наслідки для здоров'я, хоча вони відповідають десяткам років природного випромінювання. Однак це не означає, що такі дози не мають негативних наслідків; вони можуть спричинити довгострокові проблеми зі здоров'ям, такі як рак або генетичні зміни, які впливають на потомство. Можливі згубні наслідки набагато менших доз, що відносяться до штучних джерел (< 100 мрем/рік), важче оцінити.

Тканини, які найбільше постраждали від великого впливу всього тіла, - це кістковий мозок, кишкова тканина, волосяні фолікули та репродуктивні органи, всі вони містять швидко діляться клітини. Сприйнятливість швидко діляться клітин до радіаційного опромінення пояснює, чому рак часто лікується радіацією. Оскільки ракові клітини діляться швидше, ніж звичайні клітини, вони переважно руйнуються радіацією. Тривалі дослідження радіаційного опромінення на плодових мух показують лінійну залежність між кількістю генетичних дефектів і величиною дози та часом експозиції. Навпаки, подібні дослідження на мишах показують набагато меншу кількість дефектів, коли задана доза опромінення поширюється протягом тривалого періоду часу, а не отримується відразу. Обидва візерунки побудовані на малюнку\(\PageIndex{4}\), але який з двох застосуємо до людей? Згідно з однією гіпотезою, миші мають дуже низький ризик від низьких доз, оскільки їхні тіла мають способи боротьби зі шкодою, спричиненою природним випромінюванням. При набагато більш високих дозах, однак, їх природні механізми відновлення перевантажені, що призводить до незворотних пошкоджень. Оскільки миші біохімічно набагато більше схожі на людину, ніж дрозофіли, багато вчених вважають, що ця модель стосується і людини. На відміну від цього, лінійна модель передбачає, що все опромінення є іскрозним і говорить про необхідність жорсткого регулювання низького рівня радіаційного опромінення. Який вид є більш точним? Відповідь - хоча ще невідома - має надзвичайно важливі наслідки для регулювання радіаційного опромінення.

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Дві можливі зв'язки між кількістю генетичних дефектів та радіаційним опроміненням. Дослідження на дрозофілах показують лінійну залежність між кількістю генетичних дефектів і величиною дози опромінення і часом опромінення, що узгоджується з кумулятивним впливом радіації. Навпаки, дослідження на мишах показують S-подібну криву, що говорить про те, що кількість дефектів менша, коли радіаційне опромінення відбувається протягом більш тривалого часу. Які з цих відносин більше застосовні до людей, є предметом значних суперечок. (CC BY-SA-NC; анонімний)

Графік генетичних дефектів проти дози опромінення. Плід графічний у фіолетовому кольорі і має лінійний сюжет. Миша позначена зеленим кольором і має S-подібну криву.

Резюме

Неіонізуюче випромінювання відносно мало енергії і може використовуватися як джерело тепла, тоді як іонізуюче випромінювання, яке вище за енергією, може проникати в біологічні тканини і є високореактивним. Вплив випромінювання на речовину залежить від енергії випромінювання. Неіонізуюче випромінювання відносно мало енергії, а енергія передається речовині у вигляді тепла. Іонізуюче випромінювання порівняно високо в енергії, і при зіткненні з атомом воно може повністю видалити електрон, утворюючи позитивно заряджений іон, який може пошкодити біологічні тканини. Альфа-частинки не дуже далеко проникають в речовину, тоді як γ промені проникають глибше. Загальними одиницями опромінення, або дози, є рентген (R), кількість енергії, поглиненої сухим повітрям, і рад (поглинена випромінюванням доза), кількість випромінювання, яке виробляє 0,01 Дж енергії в 1 кг речовини. Рем (еквівалент рентгену у людини) вимірює фактичну кількість пошкоджень тканин, спричинених заданою кількістю випромінювання. Природні джерела випромінювання включають космічне випромінювання, що складається з високоенергетичних частинок і γ променів, що випромінюються сонцем і іншими зірками; космогенне випромінювання, яке виробляється при взаємодії космічних променів з газами у верхній атмосфері; і земне випромінювання, від радіоактивних елементів, присутніх на споконвічна Земля і продукти їх розпаду. Ризики іонізуючого випромінювання залежать від інтенсивності випромінювання, режиму впливу, тривалості впливу.