Атом энергиясы, радиация және оның түрлері

            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.

               2.5.      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).

      2.6.     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.

                               2.7.      Сәулеленудің генетикалық әсері

            Сәулелену ағзаның гентикалық жағдайына пайдалы және зиянды әсерін тигізеді.

            Пайдалы әсері. Сәулеленуді биологиялық зерзаттарға қолданғандағы негізгі мақсат – жаңа қасиеті бар тірі организмдердің түрін шығарып, оларды сұрыптау және оның неғұрлым пайдалысын таңдау үшін маңызды жағдай етіп қолдану.

            - Рентген және күлгін  сәулелер химиялық заттар әсері арқылы антибиотиктер түзетін саңырауқұлақтардың табиғи қасиетін өзгерту үшін зерттеулер жүргізу.             

            - Тіршілік ету жағдайында антибиотиктер және В12 дәруменін түзетін микроорганизмдердің жоғары активті штампаларын шығару және тағы басқа.

           - Сәулелену әсерінен пайда болған тұқым қуалау қасиетін жібек құрттарының өнімін, сапасын арттыру үшін сақтап, өндірісте кең пайдалану.

            - Жануарлар және өсімдіктер тұқымын жақсартуда және өнімін өсіруде сәулелену қолданылады (радиациялық селекция тәсілі – метод радационной селекций).

            Адам өміріне қажет, маңызды ферменттер, органикалық қышқылдарды, саңырауқұлақтарды және микробтарды сәулелендіру нәтижесінде алады (генетика және радиобиология бірлесуінен радиациялық гентика ғылым саласы адамның практикалық іс - әрекетінде талай пайдалы табыстарға жеткізуде).

            Зиянды әсері. Табиғи сәулелену, кейбір химиялық құрылымдар және сыртқы ортаның температурасы тұқым қуалау қасиетінің құрылымына әсер ету нәтижесінде ұрпақтарға таралатын табиғи мутацияға келтіреді.

            - Табиғи               сәулелену (ғарыштық сәулелер және жердің минералдарының сәулеленуі) ядролық сынақпен қатар келгенде тіршілікке үлкен қатерлі жағдай тудырады. Яғни, Жер үстіндегі тіршілікті жойып жібереді.

            - Табиғи               сәулелену, кейбір химиялық құрылымдар, сыртқы ортаның температурасы және ядролық сынақ әсерлерінен өмір сүру ортасына қарай ұрпақтарда 500-ден астам түрлі аурулар пайда болғаны анықталды. Солардың ішінде, мысалы – ергежейлік, “гамофилия, - түрлі – түстіні ажырата алмау соқырлығы”, заттардың алмасуынан болатын ауру түрлері, ұрпақтардың дене және ой еңбегіне, сонымен қатар тіршілік ету қабілеті әлсірейді, өмір сүру мерзімі қысқарды және тағы басқа.

            - Иондық сәулелену немесе химиялық заттар әсерінен болған мутация рецессивтілік сипатталды, бірақ адамда доминантты мутация кездеседі және ол тым жақын уақытта ұрпақта байқалады.

            Өсімдіктер эволюциясы және радиоактивтілік. Жануарлардың және өсімдіктердің ең қарапайым түрлері радиация мөлшерінің деңгейі қазіргі кезге қарағанда өте жоғары болған дәуірде пайда болып, таралған. Олардың радиация әсеріне сезімталдығының төмен болуы осыған байланысты болуы мүмкін.

                                    2.8.    Радиосезімталдық

            Табиғатта радиосезімталдық өте кең диапозонды, өте төмен радиосезімталдық бактерияларда байқалады. Осыдан бірнеше ондаған жыл бұрын Сахарада Франция атом бомбасының жарылғанында бүкіл тірі жәндіктер, жануарлар арасында қыршаян (скорпион) радиациямен әсерленбеген. Скорпиондар гамма – сәулелерінің жүз мың рентген күші бар орталықта аман – сау тіршілігін сақтап, өмір сүре берген. Ал адмға оның 700 рентген дозасы қатерлі. Неліктен скорпиондардың радиосезімталдығының жоғы туралы жаңалық құпия, ол зерттелетін мәселелердің бірі екеніне оқымыстылар көңіл бөлуде. Бұл мәселені зерттеп, шешу адамда радиацияның қауіпті әсерінен сақтау үшін көмектесетін жаңа заттар жасап шығаруға мүкіндік берер еді. Ағзаның радиосезімталдығы табиғаттың негізінен екі жағдайына байланысты – сыртқы ортаның температурасы және табиғаттағы оттегінің концентрациясы. Мысалы, бақаның денесінде радионуклидтердің жинақталып көбеюі сыртқы температурасының жоғарылауына сай болады. өсімдіктер радионуклидтерді өздерінің жапырақтары және тамырлар жүйесі арқылы жинайды. Радиоактивтік заттардың ыдырауынан пайда болған заттарды топырақтан өсімдіктердің сіңііруі топырақтың қасиеттеріне – механикалық және минералдық құрамына, химиялық қасиетіне, гумус заттарының және т.б. байланысты. Бұл жөнінде жүргізілген тәжірибеде топырақтың үш түрі алынған, олардың бәрінде стронций – 90 мөлшері бірдей. Сазбалшық топыраққа қарағанда құмды, құнарлы, күл қосқан топырағында өскен сұлы дәнінде стрнций – 90 мөлшері 4 есе және қар топырақта өскен сұлымен салыстырғанда 36 есе көп болған.

            Суда тіршілік ететін жануарлар ағзасында радионуклидтердің мөлшері судың құрамындағы мөлшеріне қарағанда жүздеген және мыңдаған есе асып түседі.

            Жануарлар иондық сәулеленуді сезе ме және одан сақтана ала ма? – деген сұраққа оқымыстылар көп көңіл бөліп, зерттеулер жүргізген. Зертханалық тәжірибелерде сүтқоректілер иондық радиациясы бар заттың тұрған жерін анықтай алған. Тышқандарды арнайы камерада жұмыс істеп тұрған аппарттың шуы кезінді ұйықтатуға әдет етіп үйреткен. Рентген аппартының сәулелерін тышқандар жатқан жаққа қарай жібергенде бірнеше секунд ішінде олар ояна бастаған. Рентген аппаратының тышқандар жатқан жаққа жібермегенде, олар оянбаған. Көзі көрмейтін, соқыр жануарлар да осылайша әсерленген.

            Тышқандар қалыпты жағдайда қараңғы жерді ұнатады. Бірақ иондық сәулеленудің ағымына сезімтал болғандықтан, олар камераның қараңғы бөлімінен жарық бөлмесіне шығуға мәжбүр болады.

            Балықтар аквариумның сәулеленбеген жағынан жүзіп кетіп, сәулеленген жағына барып қоректенуді таңдаған. Жасушалар құрамының арасында радиосезімталдығы үлкені ядролар. Ядролардың үлкен радиосезімталдық қасиеті сәулеленген жасушаның жарақаттануының (лучевое поражение) дамуында шешімді роль атқарады.

            Қытай хомягінің 200 р сәулелендіру әсерінен кейін жүргізілген зерттеулердің нәтижесінде ДНК молекуласының комплексінің бұзылғаны және дегидратацияға (су молекуласының бөлініп шығуы) түскені байқалған. ДНК құрылымының бұзылуынан басқа, ДНК молекуласынан цитоплазмаға информацияның берілуі (яғни құбылыстардың реттелуі) бұзылған, сонымен қатар жасуша ішіндегі құрылымдардың жасушаларының қызметі де бұзылған.

            Сонымен, әр түрге жататын тірі жәндіктер және жануарлар тіршілігінің жойылуы сәулелену мөлшерінің деңгейіне байланысты. Бактериялардың және қарапайым жәндіктердің иондық сәулелену әсеріне сезімталдығы төмен. Гүлдердің  иондық сәулелену әсеріне сезімталдығы төмен. Саңырауқұлақтардың сәулеленуге сезімталдығы өте жоғары. Көпшілік жоғары өсімдіктердің иондық сәулелену әсеріне сезімталдығы жоғары. Сүтқоректілердің иондық сәулелену әсеріне сезімталдығы өте жоғары.

            Табиғи радиациялық фонның деңгейлері. Космос сәулелері және Жердің табиғи радиоактивтік заттары – радиация фонын құрады.

            Жер шарында табиғи радтоактивтік заттар әр түрлі деңгейде болады. Жазық далада табиғи радиациялық фонның деңгейі төмен, таулы жерде – жоғары, уран рудасы бар жерде және уран рудниктерінде - өте жоғары.

2.9.  Инкорпорировланған радиоактивтік заттардың биологиялық әсері

            Инкорпорироваланған радиоактивтік заттарға ағзаға ас қорыту, тыныс алу және тері арқылы түседі. Бұл мәселелерді комплекстік зерттеумен радиациялық гигиенистер, радиотоксикологтар және физиктер – дозиметристер арнайы шұғылданады.

            Ағзаға қатерлісі – радионуклидтердің тыныс алу (ингаляция) жолы арқылы түсуі. Бұған себеп болатын альвеолдардың орасан зор тыныс алу аумағы, оның көлемі шамамен 100 м2 (терінің аумағынан 50 есе көп).

            Ауаның радиоактивтілігі оның құрамында радиоактивтік газдар немесе шаң (аэрозолей), тұман, түтін түрінде болуына байланысты. Тыныс жүйесінде ұсталынып қалған радионуклидтің мөлшері оның түйіршіктерінің көлеміне, олардың физико – химиялық қасиеттеріне және ағзаның жүйелерінде тасымалдануына байланысты түрлі өзгерістер болады. Жақсы еритін түйіршіктер біренеше ондаған минут ішінде қан тамырлар жүйесіне өтіп, заттар алмасуының нәтижесінде белгілі бір мүшелерде және мүшелер жүйесінде жинақталады немесе ағзадан сыртқа бөлінеді. Ерімейтін немесе нашар еритін радиоактивтік заттар мұрын қуысында сілімей бөлігімен қарын – ішек жолына түсуі мүмкін, одан соң ішектердің қабырғасына жинақталады. өкпе ұлпасының альвеолдарына түскен түйіршіктерді фагоциттер залалсыздандырып, сыртқа бөлінуіне әсер етеді,немесе лимфа түйіндеріне өтеді. Лимфа түйіндері бұл бөлшектерден бірнеше айда, бірнеше жылға дейін арыла алмауы мүмкін.

            Жоғарыда айтылғандай, аз және ұзақ өмір сүретін радиоактивтік заттар тыныс жүйесіне өтеді. Егер қысқа өмір сүретін және ағзада тасымалдана алмайтын радиоактивтік заттар тыныс мүшелеріне түссе, онда ол өте қатерлі жағдай тудырады. Ал ұзақ өмір сүретін және ағзада тасымалдана алатын радиоактивтік заттар өкпе ұлпасының өзінде жинақталады, ішектен сорылу кезінде біразы қан тамырларға өтеді.

            Тамақ және су құрамымен түскен радионуклидтер ас қорыту жүйесінің әр бөлігіндегі РН қасиетіне қарай сұйықтық орталықта еритін немесе ерімейтін құрамдар  түзеді. Мысалы, плутоний ішектің сілтілі РН орталығына ерімейтін гидрооксидтерге айналады.

            Ішекке түскен радионуклидтердің тек біраз мөлшері ғана ағзаға өте алады, ал көп мөлшері тікелей сыртқа бөлінеді. Радиоактивтік заттардың ас қорыту жүйесінде болған кезінде ішектерге сәулелену әсерін тигізеді.Альфа және бета бөлшектері ішектің қабырғаларын сәулелендіреді, ал гамма –кванты ішкі мүшелерге (негізінен құрсақ) және кеуде қуысындағы мүшелерге сәулелену әсерін тигізеді. Егер тамақпен және сумен радиоактивтік заттар түскенде сәулеленуді шығаратын бөлшектердің энергясы ішектің кейбір бөлігі көбірек сіңірсе, онда қарын – шек жолы қатерлі мұшеге айналады.

            Жануарлар және адам терісі арқылы сұйықтық және газ тәрізді қоспа құрамымен радионуклидтер өте жылдам және көп мөлшерде ағзаға өтеді. Тритий оксиді және газ түріндегі иод жарақаттанбаған теріден өтуі олардың тыныс жолынан өту жылдамдығына сай, ал тері кірлегенде плутонийдің судағы ерітіндісінен ағзаға өту мөлшерінің қарынға өту жылдамдығынан кем емес. Радон сеңгелін (ванна) 20 минут алғанда тері арқылы 4% Rn ағзаға өтеді.

            Теріні құрғататын, маймен сылануын жоятын ерітінділер эпидермис үсті жарақаттанғанда, жара пайда болғанда радионуклидтер жылдам және көптеп ағзаға өтеді. Сыртқы ортаның температурасы және ылғалдылығы радионуклидтердің тері арқылы өтуіне әсерін тигізеді. Тері сыртқы ортадан ағзаны қоршап қана қоймайды, ол үлкен және маңызды мүше. Тері – бірнеше сезім жасушаларының(температура, сипап – сезу, ауырсынуды сезу және т.б. сезетін), май және тер бөлетін бездер орталығы. Тері ішкі мүшелермен тікелей байланыс жасап, ағзаның физиолгиялық жағдайына әсер етіп отыратын мүше. Тері арқылы радиоактивтік заттардың өтіп, ішкі мүшелерге әсерін тигізетіні қарын  - ішек және өкпе арқылы өткендегі әсерлерден кем болмайды. Бұл әсерлер заттардың және таралу аумағына тікелей байланысты. Ағзаға түскен радионуклидтер өздерінің қасиеттеріне және химиялық түріне қарай өзгеріске түседі. Радионуклидтер ағзада негізінен үш түрлі түрде таралады: қаңқалық түр, ретикулоэндотелиальді түр және диффузиялық (сіңіру) түр. Қаңқалық түрде нуклидтер (Ca, Sr, Ba, Ra) сүйектің минералды бөлігінде, ал плутоний және торий сүйек ұлпасында жиналады. Ретикулоэндотелиальді таралу түрінде – Ce, Pr, Pm, Zn, Th, Am және уран элементтері бар.диффузиялық түрде- K, Na, Cs, Rb, H, C, Po элементтері таралады.