Радиоактивтік заттардың өсімдіктерге әсері
Кіріспе
Атом энергиясы адам өмірінде маңызды орын алады. Энергия жеткілікті болғанда қоғамның дамуы қарқынды жүреді — бұған ХХ ғасыр айқын дәлел. Бүгінгі негізгі энергия қорлары саналатын көмір, мұнай және газ қоры бір күні шегіне жетуі мүмкін. Осыны болжай білген ғалымдар балама қуат көзін ашты: ол — атом энергиясы.
Атом энергиясы күн сайын кеңірек қолданылып келеді. Дегенмен бұл салада жұмыс істегенде радиацияның адам ағзасына әсерін, соған байланысты физиологиялық өзгерістерді түсіну және денсаулықты қорғау — аса өзекті міндет.
Биология тірі жүйелердің табиғи құбылыстармен тығыз байланысын зерттейді: өсімдіктер Күн энергиясын сіңірсе, жануарлар мен адамның физиологиялық процестері де энергияға тәуелді. Табиғи энергия деңгейінің тым жоғары немесе тым төмен болуы эволюциялық кезеңдерде тіршіліктің пайда болуына, дамуына немесе жойылып кетуіне ықпал еткен. Табиғи және жасанды сәулелену әсерлері қабаттасқан жағдайда тірі организмдер үшін қауіп артуы мүмкін екенін ғылыми зерттеулер көрсетеді.
Негізгі бөлім
Бұл бөлімде радиацияның шығу тегі, түрлері, эволюцияға ықпалы, ағзаға ену жолдары, қоршаған орта факторлары және пайдалы қолданылуы жүйеленіп беріледі.
Радиация және олардың түрлері
«Радиация» сөзі латын тіліндегі radius — «сәуле» ұғымынан шыққан. Радиацияға Күн сәулесі, ғарыштық сәулелер, Жердің табиғи радиоактивті заттарының сәуле шығаруы және жасанды радиоактивті изотоптар жатады.
Ғарыштық сәулелер құрамы
- протондар ағымы шамамен 85%
- альфа-бөлшектер (гелий ядролары) 13–14%
- электрондар және гамма-кванттар
Жердің радиациялық белдеуі
Жердің радиациялық белдеуі ішкі және сыртқы зоналардан тұрады. Ішкі аймақта энергиясы 40 МэВ-тен жоғары электрондар кездеседі; бұл әсер атмосфера қабатынан өткеннен кейін Жер бетінде байқалады.
Ғарыштық сәулелер мен Жердің табиғи радиоактивті заттарынан шығатын сәулелену табиғи радиациялық фонды қалыптастырады. Ол барлық тірі ағзаларға әсер етеді. Бұл құбылысты зерттейтін ғылым саласы гелиобиология деп аталады.
Маңызды анықтамалар
Изотоптар — химиялық қасиеттері бірдей, бірақ атомдық массалары әртүрлі элемент атомдары (грекше: isos — бірдей, topos — орын).
Мысалы: уран-235 және уран-238.
Изотоптар ядродғы нейтрондар саны бойынша ерекшеленеді, ал протондар саны бірдей қалады.
Мысалы, темір ядросында әрдайым 26 протон болады, ал нейтрон саны әртүрлі болуы мүмкін.
Ядро құрылысының зерттелуі ядролық құбылыстар заңдарын ашуға, реакцияларды басқаруға және жасанды радиоактивті изотоптар алуға мүмкіндік берді. 1942 жылғы 2 желтоқсанда Энрико Ферми жасаған алғашқы ядролық реакторда басқарылатын тізбекті реакция жүзеге асты. Осы күннен бастап атом энергиясы бейбіт те, әскери де мақсатта қолданылуға кірісті.
Ядролық реактор арқылы табиғатта сирек кездесетін немесе Жер қабатында жоқ элементтердің изотоптарын алуға болады. Жасанды радиоактивті изотоптар биологияда және медицинада кең қолданылады; бұл бағыт изотоптық әдіс немесе таңбаланған атомдар әдісі деп аталады.
Органикалық эволюцияға радиация мөлшерінің әсері
Радиация мөлшері тіршілікке екі бағытта ықпал етуі мүмкін: бір жағынан — тіршіліктің пайда болуына әсер етуі, екінші жағынан — кейбір кезеңдерде жаппай жойылуларға себеп болуы.
Кейбір ғылыми болжамдарға сәйкес, өлі табиғаттан тірі жүйелердің қалыптасуына жоғары энергиялы әсерлер ықпал еткен. Ұзақ химиялық эволюция нәтижесінде органикалық қосылыстар пайда болып, күрделі молекулалар түзілген, содан кейін биологиялық эволюция басталған.
Тарихи мысал (гипотеза)
Бор дәуірінің соңына қарай ғарыштық сәулелену деңгейі ұзақ уақыт жоғары болғаны өте ірі динозаврлардың жаппай қырылуына ықпал еткен болуы мүмкін деген пікір бар. Сондай-ақ қазба қалдықтарындағы кейбір радиоактивтілік іздері туралы бақылаулар келтіріледі, бірақ мұндай деректерді түсіндіруде геохимиялық «кірлену» факторын да ескеру қажет.
Инкорпорацияланған радионуклидтердің биологиялық әсері
Инкорпорацияланған радиоактивті заттар ағзаға ас қорыту, тыныс алу және тері арқылы түсуі мүмкін. Бұл мәселелерді радиациялық гигиенистер, радиотоксикологтар және дозиметристер кешенді түрде зерттейді.
1) Ингаляция (тыныс алу)
Ең қауіпті жолдардың бірі. Альвеолалардың тыныс алу аумағы шамамен 100 м², сондықтан аэрозольдер мен газдар тез сіңуі мүмкін.
2) Ас қорыту жолы
Радионуклидтердің ерігіштігі ас қорыту жолындағы pH ортасына тәуелді. Бір бөлігі ғана ағзаға өтеді, көп бөлігі сыртқа шығарылады.
3) Тері арқылы өту
Кейбір сұйық және газ тәрізді қосылыстар тері арқылы салыстырмалы жылдам өтеді (мысалы, тритий оксиді, газ күйіндегі йод).
Ағзаға түскен радионуклидтер химиялық қасиеттері ұқсас элементтер жиналатын ұлпаларға шоғырланады. Адам ағзасының химиялық құрамы жақсы зерттелгендіктен, белгілі элементтердің қай тіндерде жинақталуы мүмкін екенін болжауға болады.
Адамның тіршілік ету ортасына байланысты сәулелену
Сәулелену деңгейі адамның тұрған жеріне, ішетін суының сапасына және үй құрылысының материалдарына байланысты әртүрлі болады. Теңіз деңгейіндегі жазықта адам ағзасына ғарыштық сәулелердің үлесі бар фон әсер етеді; биіктік артқан сайын сәулелену мөлшері көбейеді.
Радон мен торон
Ауа құрамындағы радон/торон мөлшері геологиялық және метеорологиялық жағдайларға, маусымға, топыраққа және ғимараттың желдетілуіне тәуелді. Үй ішінде олардың концентрациясы ашық кеңістікке қарағанда жиі жоғары болады, себебі топырақтағы ауа жертөлеге жиналып, кейін үйге өтеді.
Практикалық бақылау
Терезе мен есікті ашып, үйді желдету шамамен 20 минут ішінде ауадағы радиоактивтілікті 1,5–3 есе төмендетуі мүмкін.
Құрылыс материалдары да маңызды: қабырғалар сыртқы гамма-сәулеленуден қорғай алады, бірақ кей материалдардың өздері табиғи радиоактивті элементтердің аз мөлшерін қамтып, ішкі фонға үлес қосуы мүмкін. Мысалы, гранитпен қапталған аймақтарда фонның жоғарылауы туралы ғылыми болжамдар келтіріледі.
Радиоактивті заттардың өсімдіктерге әсері
Радиоактивті заттар өсімдіктерде әр мүшеге әртүрлі деңгейде жиналуы мүмкін. Мысалы, таңбаланған зат енгізілгенде оның сабақта, бұтақта және жапырақ жүйкесінде жинақталуы байқалады. Бұл әдіс заттардың орын ауысуын, таралуын және мөлшерін дәл бақылауға мүмкіндік береді.
Ауыл шаруашылығындағы қолданылуы
- тұқым, картоп, жас жеміс ағаштарын отырғызар алдында сәулелендіру
- жаңа сорттар шығару (мутациялық селекция)
- тыңайтқыш енгізудің тиімді мерзімі мен сіңірілуін зерттеу
Мысалдар
Қант қызылшасының тұқымын егу алдында сәулелендіргенде өнімнің артуы және қанттылықтың жоғарылауы туралы деректер келтіріледі. Сондай-ақ парниктік редис тұқымын сәулелендіру өнімді көбейтуі мүмкін.
Ескерту: нақты әсер сәулелену дозасына, сортқа, ылғалдылыққа және өсіру жағдайына тәуелді.
Жалпы қағида ретінде, сәулеленудің үлкен дозасы зиян келтіруі ықтимал, ал өте аз дозалардың кей жағдайларда биологиялық белсенділікке ықпал етуі мүмкін екені айтылады. Сондықтан дозаны таңдауда тәжірибелік бақылау мен қауіпсіздік нормалары шешуші мәнге ие.
Радиацияның пайдалы қолданылуы
Радиоактивті сәулелену тек қауіп көзі ғана емес, дұрыс қолданылғанда өндіріс пен ғылымда пайдалы құрал бола алады. Мәселен, өндірісте үйкелістен пайда болатын электрлену шаңды тартып, өнім сапасын төмендетуі мүмкін; мұндайда әлсіз сәулелену көздері зарядты бейтараптандыруға көмектеседі.
Кең тараған бағыттар
Медицина
Медициналық препараттар мен құралдарды залалсыздандыру, диагностикалық изотоптарды қолдану.
Тағам өндірісі
Кей өнімдерді сәулемен өңдеу арқылы микробтық ластануды азайту, сақтау мерзімін ұлғайту.
Өнеркәсіптік бақылау
Қалыңдықты өлшеу, толтыру мөлшерін бақылау, ақауды анықтау (дефектоскопия).
Сәулеленудің «көрінбейтін бақылаушы» ретіндегі мүмкіндігі металдың ішкі құрылымын тексеруде, құбыр ішіндегі сұйық/ұнтақ заттардың мөлшерін өлшеуде, өндірістегі үздіксіз сапа бақылауында кең қолданылады. Бұл бағыттарға арналған аспаптар мен құралдарды шығаратын арнайы кәсіпорындар, конструкторлық бөлімшелер жұмыс істейді.
Атом энергиясы және қауіпсіздік
Атом энергиясының бар екені 1903 жылы радий элементінің үздіксіз жылу бөліп шығаратыны анықталғаннан кейін ерекше назарға ілікті. Ядролық процестерде энергия тығыздығы өте жоғары: қазба отын жанғанда температура шамамен бірнеше мың градусқа жетсе, ядролық бөліну кезіндегі бөлшектердің энергиясы әлдеқайда жоғары деңгейлермен сипатталады.
Қауіпсіздік қағидалары
- Дозиметриялық бақылау: сәулелену деңгейін үздіксіз өлшеу және автоматты дабыл жүйелері.
- Жеке дозиметрлер: әр қызметкердің жинақталған дозасын есептеу.
- Биологиялық қорғаныс: реактор маңында қалың бетон немесе қорғасын қабаттары арқылы экрандау.
- Қашықтан басқару: қауіпті аймақтағы операцияларды механизмдер мен бақылау жүйелері арқылы орындау.
Ядролық отынды қолданғаннан кейін құрамында жаңа материалдар (мысалы, плутоний) және әртүрлі радиоактивті изотоптар пайда болады. Оларды бөлу, өңдеу және қауіпсіз сақтау — жоғары технология мен қатаң тәртіпті талап етеді. Ең қауіпті мәселелердің бірі — радиоактивті қалдықтардың топырақ пен суға түсуі: олар өсімдіктерде, су ағзаларында жиналып, қоректік тізбек арқылы адамға дейін жетуі мүмкін.
Қорытынды
Жыл өткен сайын адамның радиоактивті сәулеленуге ұшырау қаупі арта түсуде: атом электр станциялары көбейіп, әртүрлі үдеткіштер сынақтан өтеді, ал кей аймақтарда ядролық жарылыстардың салдары сақталады. Мұның бәрі қоршаған ортаға қосымша радиоактивті заттардың таралуына әкелуі мүмкін.
Сондықтан радиациядан қорғану — кезек күттірмейтін міндет. Ол ғылыми бақылауға, қауіпсіздік мәдениетіне, қалдықтарды дұрыс басқаруға және халықтың ақпараттандырылуына сүйенгенде ғана тиімді болады.
Табиғатта адам, жануарлар және өсімдіктер әлемі табиғи радиациялық фонның сыртқы және ішкі әсерімен өмір сүріп келеді. Ең маңыздысы — жасанды сәулелену көздерінің ықпалын бақылауда ұстап, қауіптің алдын алу.