Ионизирующее излучение

Основные понятия, термины и определения

Радиация, проникающая радиация, радиационная защита, защита от ионизирующих и рентгеновских излучений, нуклиды, радионуклиды и т.п.

Многообразие этих терминов, которые в какой-то степени повторяют друг друга, нередко приводит к неоднозначному пониманию и толкованию.

С некоторым допущением можно сказать, что радиация - это явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах, при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и различными излучениями, в результате чего возникают вредные и опасные факторы, воздействующие на людей. Следовательно, термин «ионизирующие излучения» есть одна из сторон проявления физико-химических процессов, протекающих в радиоактивных элементах.

Термин «проникающая радиация» следует понимать как поражающий фактор ионизирующих излучений, возникающих, например, при взрыве атомного реактора.

Ионизирующее излучение - это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде, в том числе и в организме человека, что часто приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым последствиям.

Источники и виды ионизирующих излучений

Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивных элементы и их изотопы, ядерные реакторы, ускорители заряженными частиц и др. рентгеновские установки и высоковольтные источники постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения.

Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает при возникновении аварийного режима и может долго проявлять себя при радиоактивном заражении местности.

Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное (гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное, представляющее собой ? - и ? - частицы, нейтроны и др.

По своим свойствам ? - частицы обладают малой проникающей способностью и не представляют опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие ? - частицы, не попадут внутрь организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвычайно опасными.

? - частицы могут проникать в ткани организма на глубину один - два сантиметра.

Большой проникающей способностью обладает ? - излучение, которое распространяется со скоростью света; его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Понятие о нуклидах и радионуклидах

Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов». Большинство нуклидов нестабильны, т.е. они все время превращаются в другие нуклиды.

Например, атом урана-238 время от времени испускает два протона и два нейтрона (? - частицы). Уран превращается в торий-234, но торий также нестабилен. В конечном итоге эта цепочка превращений оканчивается стабильным нуклидом свинца.

Самопроизвольный распад нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом. При каждом распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Поэтому можно сказать, что в определенной степени испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это ? - излучение, испускание электрона - ? - излучение, и, в некоторых случаях, возникает ? - излучение.

Образование и рассеивание радионуклидов приводит к радиоактивному заражению воздуха, почвы, воды, что требует постоянного контроля их содержания и принятия мер по нейтрализации.

Радиация вокруг нас

Как все-таки действует радиация на человека и окружающую среду? Это одна из многих сегодняшних проблем, которая приковывает к себе внимание огромного количества людей.

Радиация действительно опасна: в больших дозах она приводит к поражению тканей, живой клетки, в малых - вызывает раковые явления и способствует генетическим изменениям.

Однако опасность представляют вовсе не те источники радиации, о которых больше всего говорят. Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю, существенную часть облучения население получает от естественных источников радиации: из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, от применения рентгеновских лучей в медицине, во время полета на самолете, от каменного угля, сжигаемого в бесчисленном количестве различными котельными и т.д.

Сама по себе радиоактивность - явление не новое, как считают некоторые, связывая ее возникновение со строительством АЭС и появлением ядерных боеприпасов. Она существовала на Земле задолго до зарождения жизни. С тех пор как образовалась наша Вселенная (порядка 20 миллиардов лет назад), радиация постоянно наполняет космическое пространство.

Многие удивляются, узнав, что человек, хотя в чрезвычайно малой мере, но тоже радиоактивен. В его мышцах, костях и других тканях присутствуют мизерные количества радиоактивных веществ.

Однако с момента открытия радиации как явления не прошло и ста лет.

Так как основную часть дозы облучения население получает от естественных источников, то большинства из них избежать просто невозможно.

Человек подвергается двум видам облучения: внешнему и внутреннему. Дозы облучения сильно различаются и зависят, главным образом, от того, где люди живут.

Источники внешнего облучения

Радиоактивный фон, создаваемый космическими лучами (0,3 мЗв/год), дает чуть меньше половины всего внешнего облучения (0,65 мЗв/год), получаемого населением. Нет такого места на Земле, куда бы ни проникали космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные районы. Происходит это из-за наличия у Земли магнитного поля, силовые линии которого входят и выходят у полюсов.

Однако более существенную роль играет место нахождения человека. Чем выше поднимается он над уровнем моря, тем сильнее становится облучение, ибо толщина воздушной прослойки и ее плотность по мере подъема уменьшается, а следовательно, падают защитные свойства.

Те, кто живет на уровне моря, в год получают дозу внешнего облучения приблизительно 0,3 мЗв, на высоте 4000 метров - уже 1,7 мЗв. На высоте 12 км доза облучения за счет космических лучей возрастает приблизительно в 25 раз по сравнению с земной. Экипажи и пассажиры самолетов при перелете на расстояние 2400 км получают дозу облучения 10 мкЗм (0,01 мЗв или 1 мбэр), при полете из Москвы в Хабаровск эта цифра уже составит 40 - 50 мкЗв. Здесь играет роль не только продолжительность, но и высота полета.

Земная радиация, дающая ориентировочно 0,35 мЗв/год внешнего облучения, исходит в основном от тех пород полезных ископаемых, которые содержат калий - 40, рубидий - 87, уран - 238, торий - 232. Естественно, уровни земной радиации на нашей планете неодинаковы и колеблются большей частью от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Есть такие места, где эти показатели во много раз выше.

Внутреннее облучение населения

Внутренне облучение населения от естественных источников на две трети происходит от попадания радиоактивных веществ в организм с пищей, водой и воздухом. В среднем человек получает около 180 мкЗв/год за счет калия - 40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивным калием, необходимым для жизнедеятельности. Нуклиды свинца - 210, полония - 210 концентрируются в рыбе и моллюсках. Поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, получают относительно высокие дозы внутреннего облучения.

Жители северных районов, питающиеся мясом оленя, тоже подвергаются более высокому облучению, потому что лишайник, который употребляют олени в пищу зимой, концентрирует в себе значительные количества радиоактивных изотопов полония и свинца.

Недавно ученые установили, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является радиоактивный газ радон - это невидимый, не имеющий ни вкуса, ни запаха газ, который в 7,5 раз тяжелее воздуха. В природе радон встречается в двух основных видах: радон - 222 и радон - 220. Основная часть радиации исходит не от самого радона, а от дочерних продуктов распада, поэтому значительную часть дозы облучения человек получает от радионуклидов радона, попадающих в организм вместе с вдыхаемым воздухом.

Радон высвобождается из земной коры повсеместно, поэтому максимальную часть облучения от него человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении нижних этажей зданий, куда газ просачивается через фундамент и пол. Концентрация его в закрытых помещениях обычно в 8 раз выше, чем на улице, а на верхних этажах ниже, чем на первом.

Дерево, кирпич, бетон выделяют небольшое количество газа, а вот гранит и железо - значительно больше. Очень радиоактивны глиноземы. Относительно высокой радиоактивностью обладают некоторые отходы промышленности, используемые в строительстве, например, кирпич из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля).

Другими источниками поступления радона в жилые помещения являются вода и природный газ. Надо помнить, что в сырой воде его намного больше, а при кипячении радон улетучивается, поэтому основную опасность представляет собой его попадание в легкие с парами воды. Чаще всего это происходит в ванной комнате при приеме горячего душа.

Точно такую же опасность радон представляет, смешиваясь под землей с природным газом, который при сжигании в кухонных плитах, отопительных и других нагревательных приборах попадает в помещение. Концентрация его сильно увеличивается при отсутствии хороших вытяжных систем.

Также нельзя забывать, что при сжигании угля значительная часть его компонентов спекается в шлак или золу, где концентрируются радиоактивные вещества. Более легкая из них часть - зольная пыль - уносится в воздух, что также приводит к дополнительному облучению людей.

Из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли не меньше, чем из труб электростанции.

За последние десятилетия человек усиленно занимался проблемами ядерной физики. Он создал сотни искусственных радионуклидов, научился использовать возможности атома в самых различных отраслях - в медицине, при производстве электро- и тепловой энергии, изготовлении светящихся циферблатов часов, множества приборов, при поиске полезных ископаемых и в военном деле. Все это, естественно, приводит к дополнительному облучению людей. В большинстве случаев дозы невелики, но иногда техногенные источники оказываются во много тысяч раз интенсивнее, чем естественные.

Медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности, вносят основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников. Так, при рентгенографии зубов человек получает местное разовое облучение 0,03 Зв (3 бэр), при при рентгенографии желудка - 0,3 Зв (30 бэр), при флюорографии - 3,7 мЗв (370 мбэр).

Ядерные взрывы тоже вносят свою лепту в увеличение дозы облучения человека. Радиоактивные осадки от испытаний в атмосфере разносятся по всей планете, повышая общий уровень загрязненности. Испытания эти проходили в два периода:

первый (1954-1958 гг.), когда взрывы проводили Великобритания, США и СССР;

второй (1961-1962 гг.) - более значительный, когда взрывы проводили в основном США и СССР.

Всего ядерных испытаний в атмосфере произведено: Китаем - 193, СССР - 142, Францией - 45, США - 22, Великобританией - 21. После 1980 года взрывы в атмосфере практически прекратились. Подземные же испытания продолжаются до сих пор.

Атомная энергетика, хотя и вносит в суммарное облучение населения незначительный вклад, является предметом интенсивных споров. Если ядерные установки работают нормально, то и выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень малы.

Каждому понятно, что доза облучения от ядерного реактора зависит от времени и расстояния. Чем дальше человек живет от АЭС, тем меньшую дозу он получает. Дело в том, что большинство радионуклидов, выбрасываемых в атмосферу, быстро распадаются, и поэтому они имеют только местное значение. Конечно, есть и долгоживущие, которые могут распространяться по всему земному шару и оставаться в окружающей среде практически бесконечно.

Другим источником загрязнения радиоактивными веществами служат рудники и обогатительные фабрики. В процессе переработки урановой руды образуется огромное количество отходов - «хвостов», которые остаются радиоактивными в течение миллионов лет. Они - главный долгоживущий источник облучения населения. Подводя итог, надо сказать, что средние дозы облучения от атомной энергетики весьма малы по сравнению с дозами, получаемыми от естественных источников (более 1%).

В промышленности и в быту из-за применения различных технических средств люди тоже получают дополнительное, хотя и небольшое, облучение. Например, работники, которые участвуют в производстве люминофоров с использованием радиоактивных материалов, на заводах стройиндустрии и промплощадках, где используются установки промышленной дефектоскопии. Под землей повышенные дозы получают шахтеры, рудокопы, золотодобытчики. Достается и персоналу курортов с радоновыми источниками.

Самым распространенным бытовым облучателем являются часы со светящимся циферблатом. Они дают годовую дозу, в 4 раза превышающую ту, что обусловлена утечкой на АЭС. На расстоянии 1 метра от циферблата излучение, как правило, в 10000 раз слабее, чем в 1 сантиметре.

Источник рентгеновского излучения - цветной телевизор. При просмотре, например, одного хоккейного матча человек получает облучение 0,1 мкЗв (1 мкбэр). Если смотреть передачи в течении года ежедневно по 3 часа, то доза облучения составит 5 мкЗв.

Таким образом, в современных условиях при наличии высокого естественного радиационного фона, при действующих технологических процессах каждый житель Земли ежегодно получает дозу облучения в среднем 2 - 3 мЗв (200 - 300 мбэр).

Воздействие и критерии опасности ионизирующих излучений

Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические изменения в организме как при внешнем (источник находится вне организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества, т.е. частицы, попадают внутрь организма с пищей, через органы дыхания).

Однократное облучение вызывает биологические нарушения, которые зависят от суммарной поглощенной дозы. Так при дозе до 0,25 Гр видимых нарушений нет, но уже при 4 - 5 Гр смертельные случаи составляют 50% от общего числа пострадавших, а при 6 Гр и более - 100% пострадавших. (Здесь: Гр - грей).

Основной механизм действия связан с процессами ионизации атомов и молекул живой материи, в частности молекул воды, содержащихся в клетках. Они-то как раз и подвергаются интенсивному разрушению. Вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми и протекать в хронической форме лучевой болезни.

Критерии опасности ионизирующих излучений

Степень воздействия ионизирующих излучений на живой организм зависит от мощности дозы облучения, продолжительности этого воздействия и вида излучения и радионуклида, попавшего внутрь организма.

Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского и ? - излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие экспозиционной дозы. За единицу экспозиционной дозы принимают кулон на килограмм (Кл/кг). Применяется также внесистемная единица - рентген (Р): 1Р = 2,58*10^-4 Кл/кг.

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в греях (1 Гр = 1 Дж/кг). Применяется также прежняя единица - рад (1 рад = 0,01 Гр). Но этот критерий не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе ? - частицы гораздо опаснее ? - частиц и ? - излучения.

Поэтому введена величина эквивалентной дозы, измеряемая в зивертах (1 Зв = 1 Дж/кг). Зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиоактивную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.

Для оценки эквивалентной дозы применяется также единица БЭР (биологический эквивалент рада): 1БЭР = 0,01 Зв.

Эффективная эквивалентная доза - эквивалентная доза, умноженная на коэффициент, учитывающий разную чувствительность различных тканей к облучению; она также измеряется в зивертах.

В 1996 году, в соответствии с Законом РФ «О радиационной безопасности населения», введены дозовые пределы: для персонала - 20мЗв (миллизиверт) в год при производственной деятельности с источниками ионизирующих излучений и 1 мЗв для населения.

Методы и средства защиты от ионизирующих излучений

Включают в себя организационные. Гигиенические, технические и лечебно-профилактические мероприятия, а именно:

увеличение расстояния между оператором и источником;

сокращение продолжительности работы в поле излучения;

экранирование источника излучения;

дистанционное управление;

использование манипуляторов и роботов;

полная автоматизация технологического процесса;

использование средств индивидуальной защиты и предупреждение знаком радиационной опасности;

постоянный контроль за уровнем излучения и за дозами облучения персонала.

Защита от внутреннего облучения заключается в устранении непосредственного контакта работающих с радиоактивными и предотвращение попадания их в воздух рабочей зоны.

Необходимо руководствоваться нормами радиационной безопасности, в которых приведены категории облучаемых лиц, дозовые пределы и мероприятия по защите, и санитарными правилами, которые регламентируют размещение помещений и установок, место работ, порядок получения, учета и хранения источников излучения, требования к вентиляции, пылегазоочистке, обезвреживанию радиоактивных отходов идр.

Краткий комментарий закона РФ «О радиационной безопасности населения»

С начала 1996 года в РФ действует Закон «О радиоактивной безопасности населения».

Принципиальная основа Закона РФ заключается в новой стратегии радиационной защиты, предусматривающей в качестве основного показателя оценки уровня радиационного благополучия населения среднюю эффективную дозу, получаемую им от всех источников ионизирующего излучения.

Предусмотрено возмещение ущерба здоровью граждан, проживающих вблизи радиационно-опасных предприятий и на территории, где могут быть превышения дозовых пределов.

В Законе указываются конкретные значения основных дозовых пределов, которые снижены для работающих с излучением в 2,5 раза, а для населения - в 5 раз по сравнению с ранее действовавшими нормами.

Проведение мероприятий, связанных с введением в действие новых основных дозовых пределов, предусматривается за счет собственных средств предприятий. Кроме того, за счет средств предприятий и средств экологических фондов будет внедряться государственная система социально-экономической компенсации граждан за повышенный риск, связанный с проживанием в районах расположения радиационно-опасных объектов. За счет средств федерального бюджета - осуществлять разработка единой государственной системы учета и контроля доз облучения персонала, работающего с радиоактивными источниками, и населения, подвергшегося воздействию источников излучения естественного и искусственного происхождения, а также составление карт-схем, атласов радиоактивного загрязнения и создание банка данных.