Радиация және олардың түрлері

 Радиация және олардың түрлері

 

Радиация  латын тілінде радиус-сәуле деген сөз.

 

Радиацияға күннің сәулесі, ғарыштық сәуле, жердің табиғи радиоактивтік  заттарының сәуле шығаруы және жасанды  радиоактивті изотоптар жатады.

          Галактикалық ғарыш сәулелерінің, құрамында протон ағымдары /85%/,  альфа-бөлшегі, яғни гелий /13-14%/, электрондар және гамма - кванттары бар. Сол сәуле бөлшектерінде энергия өте жоғары. Жердің радиациялық белдеуі сыртқы және ішкі зоналардан тұрады. Ішкі зонасында 40 Мэвтен астам энергиясы бар электрондардан тұрады. Бұл энергия атмосфера қабатынан өткеннен соң Жер бетінде байқалады.

           Күннің ғарыштық сәулелерінің құрамында протондар және альфа- бөлшегі бар.

           Ғарыштық сәулелері және жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәулеленуі табиғи радиациялық фон құрады. Табиғи радиациялық фон Жер бетіндегі бүкіл тірі жәндіктерге, жануарларға, адамға және өсімдіктерге әсерін тигізеді.Оны зерттейтін ғылым саласын гелиобиология дейді.

           Жердің табиғи радиоактивтік заттарының сәуле шығаруы барлық химиялық заттарға байланысты болмайды. Әр түрлі элементтердің табиғи 50 радиоактивті изотобы бар. Көпшілік элементтердің тек біразы ғана радиоактивті. Кейбір химиялық элементтерде тұрақты изотоптар жоқ, олар түгелдей радиоактивті, мысалы, уран, торий, радий, полоний және т.б. Бүлардың атомдарының ядросы өздігінен ыдырап, гамма – кванттық және корпускулярлық сәулеленеді.

           Изотоптар деп бірдей қасиеттерімен, бірақ атомдық салмақтары әр түрлі химиялық элементтерді айтады /грекше – изос – бірдей, тең; топос – орын/. Мысалы, уран 235 және уран 238 – изотоптар.

            Изотоптар ядрода нейтрондар санының әр түрлі болуына байланысты өзара айырмашылығы бар атомдар. Оларда пратондардың саны бірдей. Мысалы, темір атомының ядросында 26 протон бар, ал нейтрондар саны 54 және 61. Изотоптарда 28/-54\26-ге\ден 35\61\26-ге дейін болуы мүмкін.

            Атомның және атом ядросысының құрылысын анықтап, зерттеу ядролық құбылыстар заңын ашып, ядролық реакцияларды жүргізіп, жасанды радиоактивтік изотоптар алуға мүмкіндік берді.

            Ядродағы құбылыстық айналымды зерттеу атом ядросының тау-сылмас энергия бұлағы екенін көрсетті. Бұл энергия ядролық реакция кезінде ядролық сәлелену бөлініп отырады.

            Ең алғаш 1942 жылдың  желтоқсан айының 2 күні өту құбылысын басқаруға мүмкіндігі  бар тізбектелген реакция алынды. Бұл күні атақты физик Энрико Ферми жасап шығарған бірінші ядролық реактор өзінің жұ-мысын бастады. Осы күннен атом  энергиясын бейбітшілік және соғыс мақсатында практикалық қолдану басталды.

          Физика оқымыстылары және инженерлер атом энергиясын пайдала-нуды зерттеп ұсынғандығы мақсатты - қазба отын түрімен бәсекелесуге қабілетті қауіпсіз және сенімді энергия көзін жасау болды.

            Ядролық реакторды қолдану арқылы кез келген  химиялық элементтің және Жер қабатында жоқ элементтердің изотобын жасау мүмкін болды.

            Жасанды радиоактивтік изотоп биологияда және медицинада жиі қол-данылады. Оны қолдану тәсілдерін изотоптық тәсіл \изотопный метод\ және таңбаланған атомдар тәсілі \метод меченых атомов\деп атайды.

            Иондық сәуленленудің биологиялық маңызы өте жоғары.

 

 

 

 

  Иондық сәулелену деген не және қалай пайда болады?

 

           Жылдам ұшатын атом бөлшектері өзінің жолында тұрған молеку-лалардан және атомдардан өтерде олармен соқтығысады\яғни электрлік қатынасқа түседі\. Осының әсерінен ол өзінің энергиясын жұмсап, жыл-дамдығын баяулатады. Оның энергиясын сіңірген орталықта иондар және қозуға түскен. Молекулалар пайда болады. Сәулеленудің бәріне сай қасиет- иондану эффектісін –иондық сәулелену дейді.

           Иондану    эффектісі- Зарядталған бөлшектердің /бета және альфа-бөлшегі, протондар/ ұшып бара жатқанда олардың өтетін затының атом немесе молекула қабығындағы электронмен электрлік қатынасқа түсуі.

Осының нәтижесінде  атоммен немесе молекуламен қатынаста  болатын бұл электронның байланысы  үзіледі.  Құбылысқа түскен атом немесе молекула электронын жоғалтады, одан соң ол оң зарядты ионға айналады. Атомның қабығынан үзілген электрон ұшып бара жатып, жолында кездескен молекулалардың және атомдардың ионданған түріне айналуына әсерін тигізіп отырады. Ұшып бара жатқан бөлшектің кинетикалық энергиясы таусылғанша және бейтарапты молекулаға қосылып теріс зарядты түріне айналғанша бұл құбылыс өте береді. Энергияны немен өлшейді? Ядролық физикада энергияны электронвольтпен \Эв\ және мұның туындысы: мыңдаған электронвольт \Кэв\ және миллиондаған электронвольт \Мэв\мөлшерімен өлшейді.

          Рентген және гамма сәулелерінен энергияның қоюлануы \сгусток\ түрінде  бөлініп отыруын олардың кванттар \фотондар\  түрінде сәулеленуі  деп атайды. Мысалы, күннің күлгін сәулесінің квант энергиясы электронвльтпен өлшегенде 3 эв–ке тең, диагностикалық мақсатта медицинада қолданылатын рентген сәулесінің квант энергиясы 30000 эв. Толқынның ұзындығы азайса оның квант энергиясы көбейеді. Ауасы сиретілген кеңістікте энергияға байланысты болмай – ақ рентген және гамма – сәулелерінің кванты жарықтың жылдамдығындай /299790 км/сек/ жылдамдықпен тарайды.

           Рентген және гамма – сәулелерінің физикалық қасиеттерінің (денеден жылдам өткізгіштігі) бірден болуы, олардың биологияда және медицинада жиі қолданылуының себебі.   

        

 Иондық сәәулеленудің топтары

 

           Иондық сәулеленудің барлық түрлерін екі топқа бөлуге болады: электромагниттік сәулелену және корпускулярлық сәулелену.

            Электромагниттік сәулеленуге рентген  және гамма - сәулелері жатады, ал корпускулярлық сәулеленуге  әр түрлі ядролық бөлшектер  жатады. Күн – рентген сәулелерін шығарып отыратын бұлақ. Бұл сәулелер Жердің үстіңгі қабатындағы атмосферада ұсталынып тұратындығынан тірі жәндіктерге, жануарларға және адамдарға оның зиянды әсері жетпейді.

            Гамма – кванты ядролық реакциялар  жүргенде және көпшілік радиоактивтік заттар ыдырауға түскен кезде бөлініп отырады.

            Рентген сәулелерінің және гамма  – квантының физикалық қасиеттері  ұқсас (заттардан өту қабілеті  анағұрлым жоғары),  сондықтан  тірі организмге олардың биологиялық  әсерлері бірдей.

            Корпускулярлық сәулеленуге ядролық бөлшектерден тұратын иондық радиацияның барлық түрлері жатады: бета бөлшегі (электрондар), протондар (сутегінің ядросы), альфа бөлшегі (гелийдің ядросы). Нейтрондар тікелей емес жолмен бөлшектерді иондандыра алатын болғандықтан, олар өздері зарядталмаған болса да сәулеленудің осы тобына жатады.

            Зарядталған ядролық бөлшектер  сәулеленген заттан өткенде өзінің  энергиясын жұмсап, энергиясы таусылғанша  сол заттың атомдарын және  молекулаларын ионды түрге айналдыра  береді.

            Сәулелену ядро бөлшектерін тек  ионды түрге айналдырып қана  қоймайды, ол сәулеленуге түскен  заттың атомдарын және молекулаларын өзінің энергиясын соларға беру арқылы қоздырады. Сөйтіп, иондану және қозу - сәулеленген зарядтан өтетін иондық радиациясының энергиясын жұмсайтын негізгі құбылыс. Бета – бөлшегі өзінің физикалық жағынан атомдардың қабығындағы электрондардан айырмашылығы жоқ. Электрондар сияқты олар теріс зарядталған. Бета – бөлшегі атом ядросының радиоактивтік ыдырау кезінде пайда болады да, сәуле түрінде одан өте жылдам бөлінеді.

            Альфа – бөлшегі бета – бөлшегіне қарағанда 7300 есе ауыр. Альфа – бөлшегі атомдық номері үлкен кейбір элементтерден радиоактивті ыдырау кезінде бөлінеді. Мысалы, радий элементінің ыдырауында:

                         88 Ra²²⁶ - альфа бөлшегі  +86 Rn²²²

            Альфа бөлшегінің ұшып шығуына байланысты атомдық номері екіге, ал атомдық салмағы төртке кемиді.

            Радиоактивтік элемент сәулеленгенде  ол басқа элементке айналады.

 

 Тіршіліктің пайда болуының алғашқы кезеңінде сәулеленудің маңызы

           

           Тіршілік пайда болғаннан бұрын Жер үстіндегі атмосферада түрлі құбылыстар өтіп, жай қарапайым заттар күрделене бастаған, яғни жөнделу құбылыстары басым болған.

            Жердің даму тарихының алғашқы кезеңіндегі атмосфера сутегінен, оттегінен, көміртегінен және азоттан құралған. Соған байланысты онда су, көмірқышқыл газ, метан, сутегі, аммиак сияқты молекулалар болған. Күннің күлгін сәулелерінің, ғарыштық сәулелердің, радиоактивтік минералдың, атмосфераның қозғалысқа келу әсерінен электрлік құбылыстар жиі болып тұрған. Осылардың әсерінен С – Н, Н – О, H – N, Н – Н байланыстары үзілген және энергияға бай ортаарлық заттар түзілген. Заттар өзара әрекеттенуінен синил қышқылы, құмырысқа қышқылы, формальдегид, гликоль альдегиді,сірке қышқылы секілді молекулалары құрылған. Жоғары энергия квантының әсерінен органикалық қосылыстар молекуласы күрделі түрге айналған. Энергияның үлкен мөлшерінің одан әрі қарай әсер ете беруі анағұрлым күрделі молекулалардың пайда болуына әкеп жеткізген. Мысалы, амин қышқылдары: глицин, аланин, аспарагин қышқылы.

            Органикалық молекулалардың көбейіп,  топтасуы түрлі құбылыстардың  болуына себеп жасап, полисахаридтердің,  ДНК, белоктардың, және тағы басқа заттардың пайда болуына жеткізді. Бұлар өмірдің негізгі сипаттамасы – энергия және информация қасиетін тасымалдайтын құрамдар.

            Органикалық молекулалардың абиогендік  түзілуіне және өмірдің пайда  болуында ядролық энергия маңызды  роль атқарған. Зертханалық тәжірибелерде ерекше жағдай жасағанда (әр түрлі үлкен мөлшерде энергия, иондық сәулелену, электр зарядтары әсерінен) органикалық молекулалардың аса қарапайым заттардан пайда болатынын А.И. опарин және тағы басқа оқымыстылар көрсеткен. Мысалы, амин қышқылдары, нуклеотидтер, үш фосфорлы аденозин қышқылы /АТФ/ және тағы басқа тәжірибеде алынған.

 

       Органикалық эволюцияға радиация мөлшерінің әсері

 

            Радиация мөлшері тіршілікке  екі бағытта әсер еткен:

        - тіршіліктің пайда болуына әсері;

        - тірі жануарлардың Жер бетінен жойылып кетуіне себеп болғаны. Тірі организмнің өлі табиғаттан дамуы радиация әсерінен болған деген ғылыми қорытындылар бар. Жер үстінде қазіргі кезде жоқ ерекше жағдай – жоғары энергия әсерінен табиғи құбылыстар өткен. Бұл құбылыстардың негізгісі – ұзаққа созылған химиялық эволюция нәтижесінде органикалық қосылыстар пайда болып, күрделі молекулалар түзілген. Содан кейін биологиялық эволюция басталған.

            Табиғи радиация мөлшері аса  үлкен болған кезеңдері эволюцияның даму жылдамдығына әсерін тигізіп отырған. Бор дәуірінің соңғы кезінде Күн маңайындағы жаңа жұлдыздардың біреуінің жарқылдануынан ғарыштық сәулелену деңгейі ұзақ уақыт аса жоғары деңгейде болғаны өте ірі динозаврлардың жаппай қырылуына себеп болған. Палеозой дәуірінің аяқ кезінде Мезозой дәуірінің басында Жер үстінде бауырымен жорғалаушылар өте көп болған. Бор дәуірінде олар кенет азайып, түрлері кеміп, денелері ықшамдалған. Бұл қорытындыларға дәлелдемелер осы кезде аз болмас. Солардың ішінде мынаған көңіл аударайық. Мұнай және газ қойнауын зерттеуде табылған ірі тістерді, сүйектерді осы күнгі жануарлармен салыстырғанда уранның көп болуынан радиоактивтілік өте жоғары екені байқалады (әрине уақыт мерзіміне байланысты сүйек қалдықтары жердегі уранмен кірленуі мүмкін).

 

      Радиоактивтілік сағат оқымыстыларға тамаша көмек көрсетті

 

            Радиоактивтілік – ерекше сағат  бола алады. Радиоактивтік заттардың  және олардың айналымынан пайда  болған құрамдарды алу арқылы  дүниедегі заттардың қай уақытта пайда болғанын (яғни жасын) табуға болады. Бұл үшін радиоактивтік заттардың жартылай ыдырау уақытын білу қажет. Олар қысқа уақыт өмір сүретін радиоактивтік элементтер. Солармен қатар ыдырауына ұзақ уақыт қажет ететін радиоактивтік заттардың (бұларды ұзақ уақыт өмір сүретін дейді) мерзімін білу қажет. Мысалы, белгілі бір өсімдіктің радиоактивтігін өлшегенде онда одан пайда болған жер астындағы көмірдің қай дәуірге жататынын (яғни жасын) табуға болады. Осы сияқты қысқа өмір сүретін радиоактивтік элементтер арқылы Сибирде мәңгілік тоң аймағында табылған мамонт сүйегінің қалыңдығы оның 12 млн. жыл бұрын өмір сүргенін айқын көрсете алады. Ұзақ өмір сүретін радиоактивтік заттардың ыдырау мерзімі бойынша тау жыныстарының жасын анықтауға болады. Ең ескі тау жынысының жасы 5 миллиард жылдан аспайды екен. Осы арқылы Жердің жасын анықтауға болады (ол 5 миллиард жыл). Бұл бағытта белгілі тәсілдерді қолдану көп нәтиже береді. Мысалы мынандай тәсіл қолданылады. Өсімдіктер пайдаланатын көмірқышқыл газының құрамында С₁₂ және радиоактивті С₁₄ бар. Өсімдік тіршілігін жойғаннан соң (ағаш кесіледі, шөп орылады, егін жиналады және тағы басқа) олардың құрамындағы С₁₄ біртіндеп ыдырайды. 15700 жылда оның мөлшері 2 есе азаяды. 11400 жылда тағы екі есеге (бастапқыдан 4 есе) азаяды. Осылайша оның радиоактивтілігі де төмендей береді.

 

      Сәулеленудің генетикалық әсері

 

            Сәулелену ағзаның гентикалық жағдайына пайдалы және зиянды әсерін тигізеді.