Естественные и искусственные источники радиации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Естественные и искусственные источники радиации

План

1. Естественные и искусственные источники радиации

2. Космическое излучение

3. Источники радиации земного происхождения

4. Антропогенные источники ионизирующих излучений

5. Использование искусственных радиоактивных источников в медицине, биологии и народном хозяйстве

Литература

1. Естественные и искусственные источники радиации

Естественные источники ионизирующих излучений создают естественный (природный) радиационный фон, который представлен космическим излучением и излучением от радионуклидов земного происхождения. В Беларуси естественный радиационный фон находится в пределах от 10 до 20 мкР/ч. Естественный фон в среднем по земному шару за счет космического излучения и радиоактивности почв создает дозу 1,25 мЗв в год, в Республике Беларусь - 1 мЗв в год. Естественный радиационный фон на поверхности Земли не является постоянной величиной. Его изменения обусловлены циклическими колебаниями космического фона и аналогичных процессов. Например, на территориях, где близко к поверхности земли залегают радиоактивные породы, естественный радиационный фон может быть значительно выше средних величин.

Существует такое понятие, как технологически измененный естественный радиационный фон, который представляет собой ионизирующие излучения от природных источников, претерпевших определенные изменения в результате деятельности человека. Например, излучение от естественных радионуклидов, поступающих в биосферу при извлечении из недр земли полезных ископаемых ( в основном минеральных удобрений), в результате поступления в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива, а также излучения в помещениях, построенных из материалов, содержащих естественные радионуклиды.

Искусственные источники ионизирующих излучений созданы человеком и обуславливают искусственный радиационный фон, который составляют: глобальные выпадения искусственных радионуклидов, связанные с испытанием ядерного оружия; радиоактивные загрязнения локального, регионарного и глобального характера за счет отходов ядерной энергетики и радиационных аварий; радионуклиды, используемые в промышленном производстве, сельском хозяйстве, научно-исследовательских целях, медицине, археологии, геологии и других областях.

2. Космическое излучение

Космическое излучение состоит из галактического и солнечного, колебания которого связаны с солнечными вспышками. Космическое излучение достигает Земли в виде ядерных частиц, обладающих огромной энергией (10¹⁰ - 10¹⁹ эВ). Различают первичное и вторичное космическое излучение. Первичное космическое излучение состоит из протонов (92%), б-частиц (ядра гелия - 7 %), ядер атомов лития, бериллия, углерода, азота, кислорода и др. (1%).

В литературе обсуждается несколько гипотез, объясняющих происхождение космического излучения. По гипотезе Э.Ферми, заряженные частицы многократно ускоряются в межзвездном пространстве в блуждающих магнитных полях космической пыли. Согласно гипотезе И.С.Шкловского, источником первичного космического излучения служат многочисленные туманности, рассеянные в галактике и возникшие в результате вспышек сверхновых звезд. Определенный вклад в общий поток космических частиц, падающих на поверхность Земли, вносит и Солнце. При резком увеличении солнечной активности возможно нарастание интенсивности космического излучения. Поскольку космические лучи обладают высокой энергией, они губительны для всего живого. Однако благодаря земной атмосфере лишь немногие частицы достигают поверхности Земли и таким образом биологические объекты защищены от воздействия первичного космического излучения.

При падении космических частиц на поверхность Земли происходит их взаимодействие с атомами и молекулами атмосферы. Возникает вторичное космическое излучение, которое содержит почти все известные в настоящее время элементарные частицы. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы.

Интенсивность космического излучения зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. Люди, живущие на уровне моря, получают от космической радиации в среднем эффективную эквивалентную дозу около 300 мкЗв в год, а живущие выше 2000 м над уровнем моря в несколько раз больше. Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме на высоту от 4000 м до 12 000 м уровень облучения возрастает в 25 раз. естественный искусственный радиоактивный источник

При взаимодействии некоторых высокоэнергетических частиц вторичного космического излучения с ядрами атомов азота и кислорода, входящих в состав воздуха, в атмосфере образуются так называемые космогенные радионуклиды. Их насчитывают около 20. К наиболее значимым из них, которые вносят определенный вклад в облучение человека, можно отнести углерод-14, тритий, бериллий-7, серу-32, натрий-22,24. Среди них особо опасными являются тритий (период полураспада 12,3 года) и углерод-14 (период полураспада - 5730 лет). Данные радионуклиды попадают в воду, растения, организм животных и человека и могут представлять опасность как источник внутреннего облучения.

3. Источники радиации земного происхождения

Внешними источниками излучений являются естественные радионуклиды, находящиеся в биосфере Земли. Естественные радиоактивные элементы содержатся в небольшом количестве во всех оболочках и ядре Земли. В земной коре естественные радионуклиды могут быть относительно равномерно рассеяны или сконцентрированы в виде месторождений.

В состав земных источников излучений входят 32 радионуклида ураново-радиевого и ториевого семейств, а также радионуклиды средней части периодической таблицы Менделеева (например, калий-40 и рубидий-87).

Основное количество радиоактивных элементов Земли содержится в горных породах, составляющих земную кору. Из нее радиоактивные элементы переходят в грунт, затем в растения, организм животных и человека. Большая роль в этом принадлежит подземным водам. Они вымывают радиоактивные элементы горных пород, переносят их с одних мест на другие, таким образом осуществляется обмен между живой и неживой природой. Распространению радиоактивных веществ в биосфере способствует выветривание горных пород. Мельчайшие частицы, образовавшиеся в результате разрушения горных пород, под действием воды, льда, непрерывных колебаний температуры и других факторов переносятся ветром на значительные расстояния.

Наиболее распространены в земной коре уран и торий. Природный уран, рассеянный в горных породах, относительно редко образует крупные месторождения, но общее его количество на Земле значительно больше, чем серебра или ртути. Природный уран представлен смесью трех изотопов: урана-238 (99,28%), урана-235 (0,71%) и урана-233 (0,006%). Атомы урана в почвах очень подвижны и способны образовывать растворимые комплексные соединения. В результате уран легко вымывается из почв. Торий обычно прочно сцеплен с не разрушаемыми остатками горных пород и постепенно накапливается в верхних слоях почв. Накопление данных радионуклидов в почвах и их удельная активность зависят от типа почв. Так, в сероземах наиболее высокая удельная активность урана-238 и тория-232, а меньше всего их содержится в торфянистых почвах.

К естественным радионуклидам земного происхождения принадлежат 11 долгоживущих радионуклидов, не входящих в радиоактивные семейства. Наиболее распространенными из них являются калий-40 (период полураспада 1,3·10⁹ лет) и рубидий-87 (период полураспада 6,15·10¹⁰ лет).

Природный калий состоит из трех изотопов (калий-39, калий-40, калий-41), из которых только калий-40 радиоактивен. В земной коре содержится 2,6% калия. В свободном виде он не встречается, так как химически активен. Так как калий является типичным биологическим элементом, то калий-40 активно поглощается растениями вместе с нерадиоактивным калием, попадает в организм животных и человека. Калий-40 является источником и излучения. Эквивалентная доза, получаемая человеком, за счет калия-40 составляет 0,3 мЗв/год, из них, внешнее облучение составляет 0,12 мЗв/год, а внутреннее - 0,18 мЗв/год.

Рубидий-87 составляет 27,8% природного рубидия и энергия его излучений небольшая. Рубидий является антагонистом калия и в некоторых растениях может накапливаться в значительных количествах вместе с радиоактивным элементом. Например, 1литр виноградного сока содержит 1 мг рубидия.

Существенная роль в создании естественного радиационного фона принадлежит члену радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238 и тория-232 - радону. Он представлен двумя изотопами: радон-220 и радон-222. Радон - радиоактивный газ, невидимый, без запаха и вкуса, тяжелее воздуха в 7,5 раз, б - излучатель. Радон высвобождается из земной коры повсеместно. Концентрация радона в приземном слое воздуха изменяется в достаточно широких пределах - от 0,1 до 10 Бк\м³ (в среднем 6 Бк/м³ ). В различных регионах планеты концентрация радона неодинакова. Так, во Франции она составляет 9,3 Бк/м³ , в Великобритании - 3 Бк/м³ , в Японии - 2,1 Бк/м³ , в Республике Беларусь около 2 Бк/м³ .

Радон, вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада, ответственен примерно за ѕ годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.

Основную дозу облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация. Радон может поступать внутрь помещения, просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома. Необходимо отметить, что дерево, кирпич и бетон выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, глинозем, фосфогипс, шлакобетон.

Важным источником поступления радона в жилое помещение является вода и природный газ. При кипячении воды, которую используют для приготовления пищи значительная часть радона улетучивается. Гораздо большую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной. При обследовании домов в Финляндии оказалось, что в среднем концентрация радона в ванной комнате в 3 раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах. Исследования, проведенные в Канаде показали, что за 7 минут, в течение которых был включен теплый душ, концентрация радона и его дочерних продуктов в ванной комнате быстро возрастала и потребовалось более 90 минут с момента отключения душа, прежде чем содержание радона вновь упало до исходного уровня.

Таким образом, естественные источники радиации оказывают как внешнее, так и внутреннее воздействие на человека. Уровни земной радиации неодинаковы для разных территорий земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в определенных участках земной коры. Так, 95% населения Франции, Германии, Италии, Японии, США живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до 0,6 мЗв в год. Известны территории, где уровни земной радиации намного выше (Индия, Бразилия) и обусловлены внешним -излучением природных радионуклидов (прежде всего тория и продуктов его распада), которые закреплены в горных породах и не попадают внутрь организма человека. В процессе эволюции население этих регионов адаптировалось к повышенному радиационному фону.

4. Антропогенные источники ионизирующих излучений

В результате хозяйственной деятельности человек создал искусственные источники радиоактивного излучения, которые вносят определенный вклад в облучение человека и загрязнение окружающей среды радионуклидами.

Например, при сжигании угля на тепловых электростанциях в атмосферу выбрасывается пепел, в котором содержатся калий-40, уран-238, торий-232. Концентрация природных радионуклидов в пепле значительно больше, чем в самом угле, вследствие его выгорания. Согласно данным НКДАР (Национальный Комитет по действию атомной радиации) удельная активность калия-40 в угле составляет 50 Бк/кг, а в золе - 265 Бк/кг. Количество выброшенных в атмосферу радионуклидов зависит от степени очистки их фильтрами, используемыми на тепловых электростанциях.

Значительную опасность представляет использование в строительстве (например, жилого дома) отходов фосфатного производства в виде фосфогипса, что может увеличить дозовую нагрузку жильцов такого дома. Многие потребительские товары содержат естественные радионуклиды и могут служить дополнительными источниками излучений. К последним можно отнести: часы со светящимся циферблатом, содержащим радий; специальные оптические приборы; цветные телевизоры и компьютеры; краски, содержащие повышенное количество урана и т.д. Установлено, что среднегодовая доза, обусловленная использованием изделий, содержащих радионуклиды, ничтожно мала и составляет менее 10 Ї² мЗв.

Определенные вклад в облучение населения от антропогенных источников радиации вносят медицинские процедуры (методы диагностики и лечения с использованием радиоактивных изотопов и ионизирующих излучений). Для лечения и диагностики заболеваний в медицинской практике в настоящее время используются - и -излучающие радионуклиды. В качестве источников ионизирующих излучений применяются рентгеновские аппараты различного назначения, линейные и циклические ускорители. Все способы и методы применения источников ионизирующих излучений с гигиенических позиций могут быть условно представлены следующим образом:

1. дистанционная рентгено- и -терапия и терапия с помощью излучений высоких энергий (ускорители);

2. внутриполостная, внутритканевая и аппликационная терапия с помощью закрытых источников;

3. лучевая терапия и диагностические исследования с помощью открытых источников;

4. рентгенодиагностические процедуры.

В настоящее время в диагностических целях используются современные методы, приборы и аппараты (цифровые рентгендиагностические аппараты), которые позволяют значительно снизить дозовые нагрузки на персонал и пациентов. Например, компьютерная томография позволяет снизить дозы облучения в 5-25 раз для отдельных органов по сравнению с традиционными методами.

Важными антропогенными источниками ионизирующих излучений являются атомные электростанции, особенно в случае аварий на них, а также ядерные взрывы при испытании ядерного оружия. Загрязнения могут происходить и за счет радиоактивных отходов и неаварийных выбросов АЭС. Радиоактивные отходов могут быть в виде газов, аэрозолей, жидкостей и в твердом виде. Для задержки газоаэрозольного выброса АЭС устанавливаются фильтры, используются камеры выдержки, радиохроматографические системы. Газоаэрозольный выброс, рассеиваясь в атмосфере, образует облако выброса. Аэрозольные частицы, выпадая из облака, оседают на местности и мигрируют в окружающей среде. Жидкие отходы могут попасть в реки и озера.

При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радионуклиды деления, не разделившаяся часть ядерного заряда, нейтроны. Образуется также наведенная радиоактивность. Это приводит к изменению радиационного фона в различных точках земного шара, удаленных на тысячи километров от места взрыва.

При работе предприятий урановой промышленности возможно загрязнение окружающей среды радионуклидами на каждом из этапов производства: добыча, переработка, обогащение урана, изготовление ядерного топлива. На рудниках окружающая среда загрязняется радионуклидами семейства урана-235 и продуктами его распада.

5. Использование искусственных радиоактивных источников в медицине, биологии и народном хозяйстве

Как уже указывалось выше искусственные радиоактивные источники достаточно широко используются в медицине в диагностических и лечебных целях. Так, для изучения скорости включения отдельных элементов в сывороточные белки, степени и скорости их накопления в отдельных органах и тканях, определения скорости кровотока и газового обмена, изучения топографического распределения радиоактивных изотопов в органах и тканях используют такие короткоживущие радионуклиды, как натрий, фосфор, сера, изотопы кальция, железа, кобальта, йода, ксенона, золота, ртути и др. Радиоактивный йод (йодид калия или натрия) используется при лечении новообразований щитовидной железы и тиреотоксикозе. Радиоактивное золото в виде коллоидных растворов применяют для лечения метастазов злокачественных опухолей в лимфатические узлы, опухолей предстательной железы и др. Радиоактивный фосфор (растворимая соль) используют для лечения заболеваний системы кроветворения и лучевой терапии опухолей (коллоидный раствор фосфата хрома). При аппликационной терапии наиболее часто применяют изотопы фосфора, стронция, таллия. Указанные радионуклиды распределяются в гибких пластинках из полимерных материалов. Обычно из них вырезают необходимый по конфигурации и площади участок и накладывают его на пораженную поверхность тела пациента.

В физиологии животных и растений используют метод меченых атомов для изучения фотосинтеза, поступления органических и неорганических соединений из почвы в растения, исследования эффективности применения удобрений и стимуляторов роста для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. При разработке методов борьбы с вредными насекомыми растений также применяют искусственные источники ионизирующих излучений. Одним из эффективных методов является радиационный метод половой стерилизации насекомых-вредителей, впервые предложенный Ниплингом в 1955 году для подавления численности популяций насекомых. В настоящее время данный метод широко используется для уничтожения и контроля над численностью насекомых-вредителей, имеющих сельскохозяйственное и ветеринарное значение.

Для повышения урожайности сельскохозяйственных культур используется предпосевное облучение семян, которое повышает скорость их прорастания и увеличивает урожайность на 20-25%. При генетико-селекционных работах по выведению новых сортов растений также применяется метод облучения. Проводятся селекционные работы с растениями, наследственность которых была изменена большими дозами облучения. Из них отбираются растения с необходимыми и полезными человеку свойствами, которые затем закрепляются путем последовательного селекционного отбора.

В пищевой промышленности применение радиоактивных изотопов и ядерных излучений перспективно в следующих направлениях:

· холодная стерилизация и пастеризация консервируемых продуктов;

· регулирование микробиологических процессов;

· борьба с вредными микроорганизмами, насекомыми, паразитами;

· определение пищевой ценности новых продуктов питания;

· контроль качества изделий -лучами;

· анализ сырья и готовых изделий.

Стерилизация пищевых продуктов при помощи радиоактивных излучений основана на их бактерицидном действии без применения нагревания. При лучевой стерилизации живые организмы погибают при гораздо меньших дозах по сравнению с теми, при которых происходит денатурация белка и разложение органических веществ. Метод стерилизации с успехом используют для обработки сухофруктов, зерна, сухих овощей. Облучение картофеля и лука дозами от 50 до 100 Гр позволяет задержать их прорастание и увеличить срок хранения до года и более.

Наиболее важным условием возможности применения радиационной технологии при хранении пищевых продуктов является проверка их гигиенической безопасности. Она включает следующие аспекты:

· облучение не должно индуцировать радиоактивность;

· обеспечение безопасности облученных продуктов в отношении микробного заражения;

· пищевая ценность продуктов должна сохраняться;

· химические изменения в пищевых продуктах не должны быть токсичными.

Эксперты ВОЗ пришли к заключению, что облучение пищевых продуктов дозами до 10 кГр не вызывает какую-либо токсикологическую угрозу.

Литература

1.Антоненков А.И. и др. Защита населения и хозяйственных объектов в чрезвычайных ситуациях. Практикум. Мн., 2005.

2.Батян Г.М., Судник С.И., Капустина Л.Г. Радиационные поражения. Мн.: БГУ, 2005.

3.Безопасность жизнедеятельности / под ред. Л.А.Михайлова. СПб.: Питер,2007.

4.Бондарев С.В. Чрезвычайные ситуации и их характеристики /Академия управления при Президенте Республики Беларусь. Мн.: АУ, 1999.

5.Гастюшин А.В. Энциклопедия экстремальных ситуаций. М., 1994.

6.Гордейко В.А. Радиация вокруг нас. Брест: Академия, 2004.

7.Дорожко С.В., Бубнов В.П., Пустовит В.Т. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность. Часть 1. Мн.,2005.

8.Дорожко С.В., Бубнов В.П., Пустовит В.Т. Защита населения и объектов в чрезвычайных ситуациях. Радиационная безопасность. Часть 3. Мн.: Дикта, 2008.

9.Жалковский В.И., Ковалевич З.С. Защита населения в чрезвычайных ситуациях. Минск: ООО «Мисанта», 1998.

10.Жиглов Ю.Д. Основы медико-биологических знаний. М., 2001.

11.Залесский В.Г. Радиационная безопасность. Новополоцк: ПГУ, 2002.

12.Защита населения и объектов от чрезвычайных ситуаций. Радиационная безопасность /Частное учреждение образования «Минский институт управления». Мн.: МИУ, 2007.

13.Защита от чрезвычайных ситуаций /Сборник методических разработок. Сост. М.А. Петров. М., 2007.

14.Кириллов В.Ф., Книжников В.А., Коренков И.П. Радиационная гигиена. М: Медицина, 1988.

15.Ковчур С.Г., Щигельский О.А., Потоцкий В.Н. Радиационная безопасность. Витебск, 2006.

16.Нормы радиационной безопасности НРБ-2000. Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 25 января 2000 г. № 5 // Национальный реестр правовых актов Республики Беларусь. 2000. № 35. 8/3037.

17.Научное решение чернобыльских проблем / Комитет по проблемам последствий катастрофы на Чернобыльской АЭС при Совете Министров Беларуси, институт радиологии. Мн.: РНИУП «Институт радиологии», 2003.

18.Николайчук Л.В., Владимиров Э.В. Противорадиационное питание. Мн.: Современное слово, 2003.

19.Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности (ОСП-2002). Утверждены постановлением Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 22 февраля 2002 г. № 6 // Национальный реестр правовых актов Республики Беларусь. 2002. № 35. 8/7859.

20.Обеспечение жизнедеятельности людей в чрезвычайных ситуациях /Российский государственный педагогический университет им. А.М.Герцена. Вып.1. Чрезвычайные ситуации и их поражающие факторы. Сост.: А.Г.Аболян и др., 2004.

21.Основы радиационной безопасности /Учреждение образования «Витебская государственная академия ветеринарной медицины». Витебск, 2004.

22.Основы медицинских знаний /под ред. В.П. Сытого. Мн.: БГПУ, 2007.

Размещено на Allbest.ru