Космические лучи

Всё живое на нашей планете, включая и человека, постоянно испытывает действие различных видов лучевой энергии.

В небольших дозах она необходима для нормальной жизнедеятельности. Так, например, благодаря лучистой энергии человек видит окружающие предметы, согревается теплом солнца, а лучи его способствуют тому, что в нашем организме вырабатываются важные для жизни химически активныe вещества (такие, например, как витамин D).

ЛУЧИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

Помимо световых, ультрафиолетовых и инфракрасных лучей в природе существуют также лучи высоких энергий, образующиеся при распаде атомных ядер.

К ним относятся α-лучи, которые представляют собой потоки ядер атомов гелия, β-лучи — потоки отрицательно заряженных частиц (электронов) и γ-лучи — жёсткое электромагнитное излучение, испускаемое атомными ядрами.

Лучи высоких энергий были открыты в конце XIX века немецким физиком Вильгельмом Рентгеном — в 1895 году он обнаружил лучи, проникающие через непрозрачные среды (впоследствии названные рентгеновскими, или Х-лучами).

Спустя год французский учёный Анри Беккерель обнаружил особые лучи, испускаемые урановой рудой, а вскоре супруги Пьер и Мария Кюри выделили из урановой руды два новых химических элемента — радий и полоний, также обладающие естественной радиоактивностью.

В медицине эти открытия нашли применение для диагностики и лечения различных болезней, несколько позднее их начали применять в сельском хозяйстве и промышленности.

КОСМИЧЕСКИЙ ЛУЧИ

Космические лучи — высокоэнергетические заряженные частицы — были впервые обнаружены в 1900 году. Ряд исследователей (Ханс Гейтель, Юлиус Эльстер и Чарльз Вильсон) обнаружили, что воздух в замкнутых сосудах ионизируется — в нём образуются заряженные частицы, даже если внешний источник ионизрующего излучения отсутствует, причём при экранировании такого сосуда металлом или другим плотным веществом количество ионизированных частиц уменьшается.

Вначале предположили, что ионизация происходит под действием радиоактивности почвы, но это теория не подтвердилась — по мере удаления от земли ионизация воздуха в сосудах не только не уменьшалась, а наоборот — увеличивалась. В 1911–1912 годах немецкий учёный Виктор Гесс, работавший в Радиевой институте в Вене, пришёл к выводу, что существуют потоки лучей, обладающих высокой проникающей способности, падающих на Землю из космоса, поэтому они и получили название «космических лучей».

Космическое излучение представляет собой потоки частиц — ядер атомов различных элементов, обладающих огромными энергиями — в десятки ГэВ.

Радиация, идущая из космоса, включает в себя так называемое первичное космическое излучение, излучение радиационных (внешнего и внутреннего) поясов Земли и излучение солнечных вспышек.

Попадая в атмосферу Земли высокоэнергетические частицы (первичное космическое излучение) сталкиваются с ядрами атомов воздуха. При столкновении они распадаются, образуя более мелкие частицы, излучение которых сходно с рентгеновским. Так возникает вторичное космическое излучение. По интенсивности оно примерно в 50 раз меньше первичного, находящегося за пределами земной атмосферы.

Первичные космические частицы под действием магнитного поля земли отклоняются к полюсам. Земной пояс повышенной радиации проходит параллельно экватору — нижняя граница его над поверхностью Земли расположена над Западным полушарием на высоте 500 километров, а над Восточным — 1500 километров; верхняя граница — на высоте в несколько десятков тысяч километров. Околоземное пространство над Северным и Южным полюсами свободно от зоны радиации — здесь образовались своеобразные «космические ворота».

ВЛИЯНИЕ РАДИОАКТИВНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОРГАНИЗМ

Поначалу медики и физики не подозревали о вредном действии, которое лучи высоких энергий оказывают на организм — и жестоко поплатились за это здоровьем. В Гамбурге установлен памятник рентгенологам и радиологам, отдавшим жизнь ради науки.

Физики, первыми приступившие к изучению свойств новых лучей, иногда обнаруживали на коже облучённых частей тела длительно не заживающие язвы и ожоги. У Анри Беккереля, который носил пробирку с солью радия в кармане пиджака, на груди образовался незаживающий ожог.

Многочисленные наблюдения такого рода подтолкнули учёных к углублённому изучению последствий воздействия радиации на живой организм.

Установлено, что высокоэнергетическим лучам присуще общее свойство: в веществах, с которыми они взаимодействуют образуются электрически заряженные частицы — ионы. Ткани тела поглощают радиационную энергию, которая в организме превращается в тепло и энергию химических реакций. При действии радиации на организм большая часть излучения поглощается водой (ткани человека состоят из неё на 70%), а меньшая — растворёнными в тканевых жидкостях веществами, в результате чего при облучении в организме появляются продукты распада различных соединений — свободные радикалы. Эти вещества очень активны химически и вступают в реакцию с другими биологическими молекулами, образуя различные вредные химические соединения. Это приводит к нарушению процессов обмена веществ, функций клеток, тканей и органов — развивается лучевая болезнь.

Центральная нервная система очень чувствительна к лучам высоких энергий. Нарушаются процессы возбуждения и торможения, работа внутренних органов и систем; прекращается нормальное образование клеток крови, резко падают защитные силы организма.

Биологическое действие ионизирующего излучения зависит от его интенсивности — дозы и мощности. Если мощность излучения невелика, то даже ежедневные регулярные облучения в течение всей жизни не оказывают на человека никакого вредного действия, при этом местное облучение организм переносит намного легче, чем общее.

ДЕЙСТВИЕ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ И РАДИАЦИИ НА ОРГАНИЗМ

Учёные хорошо знают, какими опасностями космические лучи грозят всему живому — космическая радиация подобно рентгеновским и γ-лучам в высоких дозах оказывается губительной.

Кратковременные полёты на космических кораблях по низким околоземным орбитам при отсутствии солнечных вспышек высокой интенсивности не представляют какой-либо опасности, но при длительных полётах космические лучи являются серьёзной угрозой здоровью и жизням членов экипажа космического корабля.

При длительных полётах основная радиационная опасность обусловлена, главным образом, радиационными поясами Земли и солнечными вспышками.

В таких условиях космические лучи будут влиять на организм значительно сильнее, чем, например, рентгеновское излучение. Кроме того, космическое излучение будет действовать на космонавтов непрерывно и длительно, в течение всего полёта.

Проблему защиты человека от проникающих излучений можно решить, создав на корабле надёжную систему защиты и разработав специальные препараты, повышающие устойчивость организма к действию радиации — уже сейчас имеется несколько лекарственных средств, ослабляющих действие проникающего излучения.