Мария Склодовская-Кюри - Дмитрий Прокопец
В системе СИ специальной единицы для экспозиционной дозы нет — применяют единицу «кулон/килограмм»: 1 Кл/кг = 3875,97 Р. Однако в настоящее время данная единица используется крайне редко — уже отказались от самого понятия «экспозиционная доза». Дело в том, что величина эта, хоть и измеряется достаточно легко, для практического применения малопригодна. И ученых, и простого человека интересует не количество ионов, образовавшихся в воздухе, а действие, которое облучение производит на живую ткань или вещество.
Поглощенная доза
Разумно будет считать поглощенную веществом энергию мерой воздействия радиоактивного излучения на это вещество. Это и будет поглощенная доза, и ее мерой является энергия излучения, поглощенная единицей массы вещества. Единицей измерения поглощенной дозы в СИ является грей: 1 Гр = 1 Дж/кг. Раньше применялась другая единица — рад. 1 рад = = 100 эрг/г = 0,01 Гр. При экспозиционной дозе 1 Р поглощенная доза в воздухе равна 0,88 рад. В большинстве случаев эти 0,88 округляют до единицы, приравнивая рад к рентгену (хотя по сути это разные физические величины), а грей (и зиверт, о котором будет сказано ниже) к 100 рентгенам.
Конечно, доза энергии в различных веществах при одной и той же экспозиционной дозе будет различной в зависимости от вида и энергии излучения и свойств вещества-поглотителя. По этой причине сейчас отказались от понятия «экспозиционная доза». На практике гораздо более корректным является измерение не экспозиционной дозы, а использование детектора, средний атомный номер которого равен среднему атомному номеру биологической ткани. В этом случае говорят о тканеэквивалентном детекторе. И далее измеряют поглощенную дозу в этом детекторе. Тогда с определенной степенью вероятности можно полагать, что поглощенная доза в биологической ткани равна поглощенной дозе в детекторе.
Реакция живых тканей
Позже выяснилось, что разные виды радиоактивных излучений действуют на живую ткань по-разному. Альфа-излучение, протоны и нейтроны при равной поглощенной дозе наносят живым тканям значительно больший вред, чем гамма-излучение и бета-частицы. Поэтому наряду с поглощенной дозой возникает еще один вид измерения — эквивалентная доза. Она равна дозе гамма-излучения, которая вызывает такой же биологический эффект, как и доза рассматриваемого излучения.
Единицей измерения эквивалентной дозы является зиверт (Зв). Старой единицей эквивалентной дозы был биологический эквивалент рентгена, бэр, по-английски REM (в переводной литературе и у рентгенологов встречается единица рэм — это тот же бэр). 1 Зв = 100 бэр.
И наконец, третья доза, после поглощенной и эквивалентной. Рассматривают так называемую «эффективную дозу». Она учитывает не только различные степени вредности излучения, но и различные степени вредности облучения той или иной части тела или органа (если облучению подвергается не все тело, а его часть). Каждой ткани и органу приписывают взвешивающие коэффициенты так, чтобы сумма этих коэффициентов была равна единице. При равномерном облучении всего тела эффективная доза равна эквивалентной. Измеряется она в тех же единицах, что эквивалентная.
Как измеряются дозы радиации
Чтобы измерить экспозиционную дозу, берется определенный объем воздуха и устанавливается количество образовавшихся в нем ионов. Эту задачу отлично решает ионизационная камера. На основе ионизационных камер создана бóльшая часть накопительных дозиметров «карандашного» типа.
Чтобы выполнить измерение поглощенной дозы, необходимо измерить количество энергии, выделившееся в веществе. И тут появляются сложности: напрямую эту энергию измерить чрезвычайно непросто, в большинстве случаев она весьма и весьма мала. Один грей (это серьезная доза, уже вызывающая лучевую болезнь) — это всего лишь джоуль на килограмм. Если попытаться измерить эту дозу, например, по изменению температуры, то алюминий, к примеру, нагреется едва ли больше, чем на тысячную градуса.
Поэтому косвенными являются все методы измерения поглощенной дозы или ее мощности. Другими словами, при наблюдении некоего процесса, вызываемого облучением и требующего затраты энергии, предполагается, что «выход» этого процесса будет линейно зависеть от энергетического вклада в него поглощенного излучения.
Первичный акт взаимодействия ионизирующего излучения с веществом — почти всегда собственно ионизация. Квант гамма-излучения или иная частица, испускаемая радиоактивным веществом, разумеется, имеет энергию, значительно превышающую энергию, необходимую для того, чтобы вырвать из атома электрон. Поэтому одной только ионизацией дело не заканчивается. Вдоль всей траектории движения частицы в веществе образуются свободные электроны и положительно заряженные ионы, энергии которых превышают энергию ионизации. Все это приводит к развитию целого каскада процессов образования свободных электронов и ионов, до тех пор, пока их суммарная энергия не окажется сравнимой с энергией химической связи, с первыми энергиями ионизации и т. д. И вот эти каскадно образовавшиеся электроны и ионы непосредственно и будут воздействовать на рассматриваемое вещество. При этом воздействие будет характерным для ионизирующих лучей: будут возбуждаться люминесценция, инициироваться химические реакции, разрушаться биологические структуры, либо вещество станет носителем электрического тока. Количество этих электронов и суммарная энергия будут пропорциональны поглощенной дозе (если рассматривать совсем строго — минус энергия электронов, вылетевших за пределы вещества), при этом сами электроны могут и не «знать» (и не «знают») о том, что их породило.
О дозиметрах мы сейчас говорить не будем, заметим только, что их достаточно много — от фотопленки в светонепрозрачной обертке до счетчиков частиц (пример — счетчик Гейгера). Однако у каждого из этих дозиметров свои достоинства и недостатки.
История изучения радиоактивности чрезвычайно молода, так же молода и наука о ее измерении. Тем более что измеряться-то должно, в первую очередь, воздействие на биологические объекты, свойства которых меняются зачастую непредсказуемым образом и достаточно быстро.
Но, как бы то ни было, первая и главная величина, от которой происходят все остальные, — это кюри, навсегда оставившая в истории имя великой женщины.
Важнейшие даты в жизни Марии Кюри
7 ноября 1867 года. Варшава. В семье Владислава и Брониславы Склодовских рождается пятый ребенок — дочь Мария.
Июнь 1883 года. Варшава. Мария Склодовская с золотой медалью оканчивает гимназию.
1884 год. Варшава. Марии Склодовской 16 лет. Она начинает давать уроки. Параллельно ходит на лекции и практические занятия в «Вольный университет».
1885–1891 годы. Мария Склодовская служит гувернанткой в нескольких зажиточных семействах, много времени и сил уделяет самообразованию. Деньги, полученные в это время, частично отправляет старшей сестре Брониславе в Париж, где та учится. Разрыв с Казимиром Зоравским. Возвращение в Варшаву. Мария самостоятельно занимается химией в лаборатории Музея промышленности и сельского хозяйства. Мария приезжает в Париж.
1891–1894 годы. Мария Склодовская — студентка Сорбонны, факультет естествознания. Напряженные занятия и трудная жизнь на несколько франков в день. Девушка проявляет невероятные способности и огромное трудолюбие и получает два диплома — по физике и
