Радиация

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАДИАЦИЯ

Знание - лучшее противоядие от страха и подозрений. Чем больше люди знают о радиации, о той пользе, которую она дает, и об опасности, которую она влечет за собой, тем лучше они будут выполнять свои функции как добропорядочные граждане.

И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения в ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

С самого начала жизнь во всех ее проявлениях развилась на Земле на фоне постоянно существующей радиации. Поэтому есть основания полагать, что живые организмы должны хорошо переносить воздействие ее в том случае, если уровень последней не очень высок.

Радиация присутствовала всегда. И все, чем мы сегодня на нее влияем, заключается в добавлении к существующему фону дополнительной дозы излучения в результате использования человеком созданных устройств.

Тот факт, что все виды флоры и фауны Земли, в том числе высших животных, включая млекопитающих и человека, возникли и эволюционно развивались на протяжении сотен миллионов лет при постоянном воздействии так называемого естественного (природного) радиационного фона, остался вне внимания большинства населения. Поэтому важным является осознание того, что радиация - один из многих естественных факторов окружающей среды.

В конце 1896 года французский физик Анри Беккерель обнаружил, что уран с постоянной интенсивностью испускает проникающее излучение. Вскоре была выявлена радиоактивность еще одного тяжелого элемента - тория. В 1898 году французские ученые Пьер и Мария Кюри открыли 2 новых химических элемента конца таблицы Менделеева - радий и полоний со значительно более интенсивным излучением, чем уран и торий.

Несколько раньше немецким физиком Вильгельмом Рентгеном были открыты рентгеновские лучи.

Беккерель один из первых столкнулся с воздействием радиоактивного излучения на ткани живого организма. Он положил пробирку с радием в карман и получил в результате ожог кожи.

Чтобы понять, как возникают излучения, напомним, как устроен атом.

Согласно планетарной модели в положительно заряженном ядре исключительно малых размеров сконцентрирована практически вся масса атома. Вокруг ядра на очень больших (в атомном масштабе) расстояниях от него по круговым и эллиптическим траекториям вращаются отрицательно заряженные электроны, почти невесомые по сравнению с ядром: электрон в 1836 раз легче ядра водорода, которое называют протоном. В атоме тяжелого элемента электроны вращаются вокруг ядра под разными углами, образуя электронную оболочку. Это своего рода шуба, окружающая атомное ядро, удалена от него на огромное расстояние: радиус ядра порядка 10^-12 см, тогда как радиус атома - 10^-8 см, т.е. атомное ядро в 10 тыс. раз меньше окружающей его электронной оболочки. Можно привести следующее сравнение: атом во столько раз меньше горошины, во сколько раз горошина меньше нашей планеты. В свою очередь, атомное ядро занимает ту же долю площади атома, что и копейка по сравнению с Красной площадью Москвы.

Ядро состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом. Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому элементу относится данный атом. Например, ядро атома водорода содержит всего один протон, атом кислорода - 8, а урана - 92.

В каждой системе число электронов в точности равно числу протонов в ядре. Каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален. В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, которые называют нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемыми изотопами данного элемента. Чтобы отличить их друг от друга, к символу элемента приписывают числа, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Например, уран-238 содержит 92 протона и 146 нейтронов, уран-235 тоже 92 протона, но 143 нейтрона. Атомы всех изотопов химических элементов образуют группу нуклидов. Некоторые нуклиды стабильны, то есть в отсутствие внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов нестабильны, так как они все время превращаются в другие нуклиды. Например, возьмем атом урана-238, в ядре которого протоны и нейтроны едва удерживаются вместе силами «сцепления». Время от времени из него вырывается компактная группа из четырех частиц - двух протонов и двух нейтронов (эта группа называется альфа-частицей). Уран-238 при этом превращается в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Торий тоже нестабилен и превращается в протактиний-234, но превращение происходит по-другому, а именно: один из его нейтронов превращается в протон. В новом ядре содержится 91 протон и 143 нейтрона. Далее следуют другие превращения, сопровождаемые излучением, и вся эта цепочка в конце концов оканчивается стабильным нуклидом свинца-206. Разумеется, существует множество таких цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям.

1. Виды радиоактивных излучений

При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передается в виде излучения. Можно сказать (хотя это и не совсем строго), что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, - это альфа-излучение. Если вылетает электрон (в случае распада тория-234), - это бета-излучение. Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения. В этом случае он выбрасывает порцию энергии, называемую гамма-излучением.

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока альфа-частицы не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыханием воздуха. В этом случае они становятся очень опасными.

Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Оно проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра.

Проникающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика. Его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

В данной публикации под словом радиация мы будем понимать более конкретное название - «ионизирующее излучение». Радиация будет ионизирующей в том случае, если она способна разрывать химические связи молекул, составляющие живые организмы, и тем самым вызывать биологически важные изменения. Свет, радиоволны так же, как и радиационное тепло от солнца, тоже представляют собой разновидность радиации. Однако они не вызывают повреждений путем ионизации, хотя, конечно, могут оказывать биологические эффекты, если интенсивность их воздействия увеличить.

Вспомним последствия длительного пребывания летом на солнцепеке - ожог - следствие переоблучения кожи в результате воздействия инфракрасного излучения на верхний слой кожи.

Отмеченное в последние годы снижение слуха у подростков - это последствие акустического переоблучения у домашних магнитофонов и в дискотеках. Причина выявленной в годы второй мировой войны анемии у операторов мощных радиолокаторов - воздействие чрезвычайно больших доз сверхвысокочастотного электромагнитного излучения, сопровождающего работу генераторов этих установок.

Одна из интереснейших в современной биофизике гипотез связывает акселерацию людей в послевоенные годы с переоблучением всего населения Земли вездесущими радиоволнами.

2. Радиация (термины и определения)

Радиоактивный распад - это процесс самопроизвольного превращения неустойчивых ядер в другие ядра (в конечном итоге, стабильные).

Радиация - излучение энергии в виде частиц или электромагнитных волн. При превращениях (распадах) радиоактивных ядер возникают различные виды излучения: альфа-, бета-, гамма-излучение, рентгеновское излучение, нейтроны, тяжелые ионы. При взаимодействии с веществом энергия излучения передается атомам и молекулам, превращая их в заряженные частицы - ионы. В результате ионизации разрываются химические связи молекул, составляющих живые организмы, и тем самым вызываются биологически важные (соматические и генетические) изменения. Процесс радиоактивного распада происходит с постоянной относительной скоростью, присущей данному виду радиоактивных ядер (радионуклидов). Время, за которое распадается в среднем половина имеющихся радионуклидов, называется периодом полураспада (T_1/2). Хотя все радионуклиды нестабильны, одни из них более нестабильны, чем другие. Например, протактиний-234 распадается почти моментально (T_1/2=1,17 минуты), а уран-238 - очень медленно (4,47 млрд. лет). На представлен радиоактивный распад ядер урана-238. Количество распадающихся радионуклидов в веществе определяют термином активность. Понятие активности ничего не говорит о виде радиоактивного излучения или о величине его энергии, а указывает лишь число атомов, распадающихся в секунду. Более того, одинаковая активность различных радиоактивных веществ не подразумевает одну и ту же степень поражения биологических тканей. Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Количественную характеристику излучения, обычно называемую дозой, измеряют в величинах энергии, поглощенной тканями организма.

Поглощенная доза - количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого вещества. Существует также количественная характеристика поля ионизирующего излучения, основанная на величине ионизации сухого воздуха при атмосферном давлении. Отдельные виды излучений отличаются друг от друга различной способностью повреждать ткани организма. Равные поглощенные дозы не обязательно должны вызывать одинаковые биологические эффекты. Обычно при одинаковой величине поглощенной дозы рентгеновские лучи, гамма- и бета-излучение вызывают меньшие повреждения по сравнению с потоками ионов. Нейтронное излучение занимает промежуточное положение. Поэтому при одной и той же поглощенной дозе радиобиологический эффект тем выше, чем плотнее ионизация, создаваемая излучением.

Для количественной оценки этого влияния вводится «переводной» коэффициент относительной биологической эффективности (ОБЭ) или коэффициент качества (КК) излучения.

ОБЭ или КК какого-либо излучения - численный коэффициент, который устанавливает некий эквивалент между различными видами излучений и равен отношению поглощенной дозы эталонного излучения, вызывающей определенный радиобиологический эффект, к дозе рассматриваемого излучения, вызывающей тот же биологический эффект. Поэтому мерой биологического воздействия каждого вида радиационного облучения служит эквивалентная доза, которая определяется как поглощенная доза, умноженная на коэффициент качества.

Органы и ткани человека имеют разную чувствительность к облучению. Наиболее уязвимы красный костный мозг, гонады, легкие. Менее восприимчивы печень, щитовидная железа, мышцы и другие внутренние органы. Например, при одинаковой дозе облучения возникновение заболевания легких более вероятно, чем щитовидной железы, а облучение гонад опасно из-за возможности генетических повреждений.

Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами, так называемыми коэффициентами радиационного риска для различных органов и тканей. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав их по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отражающую суммарный эффект облучения для организма. Эти понятия описывают индивидуальные дозы облучения. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, получают коллективную эффективную эквивалентную дозу.

Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся радиоактивными и в отдаленном будущем, существует еще одно определение.

Ожидаемая (полная) коллективная эффективная эквивалентная доза - это коллективная эффективная эквивалентная доза, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования.

3. Естественные источники радиации

Человек всегда был подвержен действию естественной радиации. Он подвергается воздействию космического излучения. Радиоактивные вещества находятся в земле, в зданиях, в которых мы живем, а также в пище и воде, которые мы потребляем. Радиоактивные газы находятся в воздухе, которым мы дышим, а сам человек радиоактивен, т. к. в живой ткани присутствуют в следовых количествах радиоактивные вещества. Уровни этой естественной или «фоновой» радиации колеблются в значительных пределах.

Человек подвергается облучению двумя способами. Радиация действует снаружи - внешнее облучение. Если же радиоактивные вещества, находящиеся в воздухе, пище, воде, попадают внутрь организма - это внутреннее облучение.

Большей частью (около 73%) радиация исходит от природных радиоактивных веществ, окружающих нас и находящихся внутри нас, но примерно 13% связано с медицинскими процедурами (такой, как рентгеноскопия), а 14% приходит извне в виде космических лучей.

Внешние радиационные поражения можно классифицировать как вызываемые либо глубоко проникающей радиацией (гамма- и рентгеновские лучи, нейтроны), либо неглубоко проникающей радиацией (бета-частицы с высокой энергией, электроны). Глубоко проникающее излучение может достичь, а, следовательно, и повредить любые ткани и органы тела.

Рассмотрим источники внешнего облучения. Космическое излучение обуславливает эквивалентную годовую дозу 30 мбэр (300 мкЗв) в год. Для людей, проживающих в возвышенных районах, эта доза значительно выше. На высоте 10 км мощность дозы в 100 раз выше.

Земная радиация обусловлена в основном естественным распадом радиоактивных элементов, присутствующих в земной коре, - это калий-40 и члены двух радиоактивных семейств - урана-238 и тория-232. Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в земной коре. Строительные материалы помещений - кирпич, бетон, дерево, содержащее естественные радионуклиды, являются источниками излучения. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, также используемые в качестве строительных материалов. Использование промышленных отходов при изготовлении строительных материалов также может увеличить дозовую нагрузку (и не только за счет внешнего, но и внутреннего облучения). Сюда можно отнести металлический шлак, зольную пыль (отход сжигания угля) и др.

С учетом облучения внутри зданий и вне их годовая эквивалентная доза составляет в среднем 35 мбэр.

Уровень земной радиации неодинаков для разных мест и зависит от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Согласно исследованиям для Франции, США и Японии мощность дозы, обусловленная земной радиацией, составляет в среднем от 30 до 60 миллибэр в год. Но около 3% населения этих стран получают дозу земной радиации 100-150 мбэр в год.

Усредненная годовая доза, обусловленная внешним облучением, для жителей России превышает 65 мбэр/год. В различных городах нашей страны она может отличаться.

Внутреннее облучение обусловлено радиоактивным веществом, поступившим внутрь организма. При этом вклад в облучение дают альфа-, бета- и гамма - облучатели. Имеется четыре возможных пути, по которым радиоактивные вещества способны поступить в организм:

1) через легкие при дыхании,

2) вместе с пищей,

3) через повреждения и разрезы на коже,

4) путем абсорбции через здоровую кожу.

Большая часть, в среднем примерно ²/₃ эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

Рассмотрим факторы, влияющие на величину дозы, которую получают ткани живого организма при внутреннем облучении.

Степень радиационной опасности радионуклидов при внутреннем облучении человека определяет ряд параметров:

1) путь поступления радиоактивного вещества в организм (через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт (или непосредственно в кровь через повреждения кожи);

2) распределение радиоактивного вещества в организме;

3) продолжительность поступления радиоактивного вещества в тело человека;

4) время пребывания излучателя в организме (определяемое периодом радиоактивного полураспада и периодом биологического полу-выделения);

5) энергия, излучаемая радионуклидами в единицу времени (определяется произведением числа актов распада в единицу времени на среднюю энергию одного акта распада);

6) масса облучаемой ткани (зависит от проникающей способности излучения и локализации радиоактивного вещества в организме);

7) отношение массы облучаемой ткани к массе всего тела;

8) количество радионуклидов в органе, т.е. количество распада в единицу времени и вид излучения.

Из всех путей поступления радионуклидов в организм наиболее опасно вдыхание загрязненного воздуха.

Попавшие в организм радионуклиды распределяются или равномерно по всему телу (калий, цезий) или концентрируются в отдельных органах и тканях (стронций, радий - в костях, йод - в щитовидной железе).

Воздействие радионуклидов, единовременно поступивших внутрь организма, с течением времени уменьшается за счет радиоактивного распада и биологического выведения из организма естественным путем. Например, некоторые долгоживущие радионуклиды: йод-131, цезий-137 не накапливаются в организме, а сравнительно быстро выводятся из него.

Каменный уголь содержит радиоактивных нуклидов относительно немного, но из-за больших масс, сжигаемых в топках электростанций и в печах отопления, его вклад в облучение населения достаточно весом. Радионуклиды в основном попадают в окружающую среду с пылью топочных газов, со шлаками. Выяснилось, что большое загрязнение радионуклидами производят даже печи домашнего отопления, так как в них нет улавливания золы на выходе из труб, а невысокие трубы создают в жилых районах высокие концентрации угольной пыли.

Использование фосфатов для производства удобрений и в качестве кормовых добавок, термальные водоемы могут привести также к увеличению радиационного облучения.

4. Радон

Наиболее весомым из всех естественных источников радиации (на территории России его вклад достигает 44%) является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) - радон. Человек подвергается воздействию радона и продуктов его распада в основном за счет внутреннего облучения при поступлении радионуклидов в организм через органы дыхания и, в меньшей мере, с продуктами питания.

В природе встречаются два изотопа радона: радон-222 (образуется при распаде урана-238) и радон-220 (один из продуктов в ряду распада тория-232). Оба изотопа излучают альфа-частицы, превращаясь в изотоп полония, которые, в свою очередь, тоже излучая альфа-частицы, дают начало следующим нуклидам (альфа- или бета-активным) и так далее - вплоть до стабильных изотопов свинца. Радона-222 в природе в 20 раз больше, чем радона-220, поэтому далее будет подразумеваться в основном первый из них.

Радон высвобождается из земной коры, однако основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, причем радон концентрируется в воздухе, внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Средняя равновесная концентрация радона внутри помещений составляет около 15 Бк/м³. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8-10 раз выше, чем в наружном воздухе. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещений. Поступая внутрь помещений тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкциях дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникнуть довольно высокие уровни радиации, особенно если дом стоит на грунте с относительно повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной радиоактивностью. В среднем человек получает 65-130 мбэр в год за счет внутреннего облучения радоном.

Самые распространенные строительные материалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают, например, гранит и пемза, также используемые в качестве строительных материалов. Кальций - силикатный шлак также обладает, как выяснилось, довольно высокой удельной радиоактивностью. Среди других промышленных отходов с высокой радиоактивностью, применяющихся в строительстве, следует назвать кирпич из красной глины - отход производства алюминия, доменный шлак - отход черной металлургии, и зольную пыль, образующуюся при сжигании угля.

Конечно, радиационный контроль строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако главный источник радона в закрытых помещениях - это грунт. Скорость проникновения исходящего из земли радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью стен и перекрытий между этажами. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона уменьшается примерно на 30%.

Еще один, как правило, менее важный источник поступления радона в жилые помещения представляют собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колодцев или артезианских скважин, содержит очень много радона. По оценкам НКДАР ООН (Научный комитет по действию атомной радиации), среди всего населения Земли около 1% жителей потребляют воду с удельной радиоактивностью более 1 млн. Бк/м³ и около 10% пьют воду с концентрацией радона, превышающей 100000 Бк/м³. А поскольку при нагревании растворимость всех газов уменьшается, то лучше пить кофе или чай, чем некипяченую воду.

В результате предварительной переработки и в процессе хранения природного газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона улетучивается, но концентрация радона в помещениях может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии же вытяжки, которая сообщается с наружным воздухом, пользование газом практически не влияет на концентрацию радона в помещении.

Доля домов, внутри которых концентрация радона и его дочерних продуктов составляет от 1000 до 10000 Бк/м³, лежит в пределах от 0,01 до 0,1% в различных странах. Это означает, что не так уж мало людей подвергаются заметному облучению из-за высокой концентрации радона внутри домов, где они живут. Однако в странах, где этот вопрос стоит не так остро, как например, в Швеции, 3/4 коллективной эквивалентной дозы, получаемой населением этих стран за счет радона, складывается из доз облучения в домах с удельной радиоактивностью воздуха в помещениях менее 100 Бк/м³. Эффективная эквивалентная доза облучения от радона и его дочерних продуктов составляет в различных странах мира в среднем около 100 мбэр/год, т.е. согласно текущим оценкам, около половины всей годовой дозы, получаемой человеком в среднем от всех естественных источников радиации.

5. Техногенные (искусственные) источники радиации в жизни и быту

В XX столетии человечество приобрело дополнительные источники облучения к естественному радиационному фону: медицина и атомное оружие, производство энергии и обнаружение пожаров, изготовление светящихся циферблатов и поиск полезных ископаемых и т.д.

Эти радиоактивные «поделки» человека увеличивают дозы облучения, как отдельных людей, так и населения Земли в целом.

Рентгеновская аппаратура широко используется в медицине и технике. В промышленно развитых странах рентгенологическим обследованиям и процедурам подвергаются в течение года от 300 до 900 человек на тысячу населения.

Рентгенография, флюорография, рентгенотерапия - эти процедуры стали ординарными. Как правило, они необходимы или даже неизбежны, но сопровождаются облучением тех или иных участков или органов человека.

Со времени открытия рентгеновских лучей самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагностики стала компьютерная томография.

Рентгеновская аппаратура используется также при рентгеноскопии сварных швов ответственных узлов металлоконструкций. С некоторого времени рентгеновские аппараты стали использоваться в аэропортах для проверки багажа.

Опасности для пассажиров эта процедура не представляет, так как облучение, с ней связанное, очень мало.

С каждым годом растет применение в медицине радионуклидов и меченных радиоактивных атомов в диагностических и радиофармацевтических целях. Количество процедур и обследований с использованием радионуклидов в развитых странах достигло 10-40 в год на тысячу человек. При этом, конечно, облучаются не только пациенты, но также медицинские работники, сотрудники реакторных установок, на которых производятся радионуклиды, и цехов, где они обрабатываются и фасуются. Средняя доза облучения пациента при этих процедурах невелика по сравнению с процедурой рентгеноскопии.

Радоновые ванны приносят людям исцеление от некоторых заболеваний и не приводят к заметному облучению больных. Этого не скажешь об обслуживающем персонале. Доза облучения в год одного сотрудника достигает 30000 мбэр.

Цветной телевизор стал членом почти каждой семьи, число телезрителей исчисляется многими миллионами. А между тем телевизор тоже является источником ионизирующего излучения, правда, довольно слабого. Тем не менее, трехчасовое «дежурство» в день у телевизора приводит к облучению дозой около 1 мбэр в год.

В приборостроении и в часовой промышленности часто применяются люминофоры. Светящиеся радиолюминесцентные циферблаты приборов и часов имеют известные достоинства, но для их изготовления применяются радиоактивные материалы. Коллективная эффективная доза населения, полученная от радиолюминесцентных циферблатов часов и приборов, близка к той, которую получают работники атомной промышленности или экипажи авиалайнеров. В этой связи можно напомнить ситуацию, сложившуюся на первых американских атомных подводных лодках. В первый период эксплуатации, при нормальной работе реакторных установок, дозиметристами было отмечено некоторое превышение нормы облучения экипажа лодок. Обеспокоенные специалисты проанализировали радиационную обстановку на корабле и пришли к неожиданному выводу: причиной переоблучения экипажа являлись радиолюминесцентные циферблаты приборов, которыми в избытке были оснащены многие корабельные системы. После сокращения количества приборов и замены радиолюминофоров радиационная ситуация на лодках заметно улучшилась.

В последнее время производственные помещения стали оснащаться противопожарной сигнализацией. В детекторах дыма системы сигнализации используются альфа-излучатели. При правильном хранении и эксплуатации детекторы не представляют радиационной опасности. Но при безграмотном и безалаберном пользовании они могут причинить вред здоровью.

радиоактивный распад излучение ядерный

6. Радиационные последствия испытания ядерного оружия

Почти 40 лет атмосфера Земли очень сильно загрязнялась радиоактивными продуктами атомных и водородных бомб. С 1945 года по 1981 год в атмосфере было осуществлено более 400 взрывов ядерного оружия. «Передовиками» в этом ядерном безумии были СССР и США. Суммарная мощность ядерных взрывов составила более 30 мегатонн. В биосферу было выброшено 12,5 т продуктов деления.

Кроме того, при делении ядерной взрывчатки в момент взрыва происходит взаимодействие нейтронов с ядрами атомов воздуха, вследствие чего образуется радиоактивный изотоп водорода тритий с периодом полураспада 12,3 года и углерод-14 с периодом полураспада 5730 лет. Взрывы изменили равновесное содержание в атмосфере углерода-14 на 2,6%, а трития - почти в 100 раз. Обмен воздушными массами между северным и южным полушариями мал, поэтому выпадение радиоактивных осадков происходило в основном в том полушарии, где производились испытания. Среднее время пребывания продуктов взрыва в атмосфере от года до двух. В течение нескольких лет на Земле происходило накопление радиоактивности. После прекращения испытаний в атмосфере радиационный фон стал снижаться.

Кстати говоря, на территории ИАЭ им. И.В. Курчатова еще в 50-х годах был установлен контроль за выпадением радиоактивных осадков. Их накопление от московских реакторов практически не отмечалось, но зато через несколько суток после проведения на восточном или северном полигоне очередного взрыва фиксировали большое количество радиоактивных осадков.

В радиоактивных осадках содержалось несколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них быстро распадались. Основной вклад в облучение давало и еще дает небольшое число долгоживущих радионуклидов, таких, как углерод-14, цезий-137, стронций-90 и цирконий-95. Наибольший вклад в ожидаемую эффективную эквивалентную дозу дает углерод-14, а также внешнее и внутреннее облучение радиоактивными продуктами деления.

В настоящее время средняя мощность эффективной эквивалентной дозы, обусловленная продуктами взрывов, составляет величину около 1 мбэр/год, что равно примерно 1% от мощности дозы, обусловленной естественным радиационным фоном.

Внешнее воздействие примерно поровну обусловлено космическим излучением и такими природными г-излучателями, как калий-40 и радионуклиды ториевого и уранового рядов. В практическом применении искусственных радионуклидов и других источников ионизирующего излучения доминирует использование излучения в медицинской диагностике.

Острые медицинские эффекты наблюдались у персонала атомной электростанции, а также у лиц, которые участвовали в операциях по аварийному пожаротушению, оказанию медицинской помощи и расчистке промплощадки сразу же после аварии. В целом в результате аварии погиб 31 человек, а примерно 140 человек в разной степени пострадали от лучевой болезни и других нарушений здоровья. В других группах населения таких признаков замечено не было.

Если говорить о поздних медицинских последствий, т.е. возможного увеличения случаев рака, то за десятилетие после аварии зарегистрировано реальное и значительное увеличение случаев карцином щитовидной железы у детей, проживающих в загрязненных территориях бывшего Советского Союза. Это может быть отнесено на счет аварии, если не будут найдены какие-либо другие причины. Определенное увеличение случаев рака щитовидной железы может также наблюдаться и у взрослого населения, проживающего в тех же районах. На основе наблюдаемой тенденции можно ожидать такое увеличение случаев рака щитовидной железы, что пик этого синдрома еще впереди и что такой вид раковых опухолей по-прежнему будет встречаться в течение определенного периода времени, превышая обычную естественную норму в этих районах.

С другой стороны, научное и медицинское наблюдение населения не выявило какого-либо увеличения случаев других видов раковых заболеваний, в том числе лейкемии, врожденных дефектов, неудачных родов или каких-либо других медицинских аномалий, обусловленных облучением, которые были бы связаны с чернобыльской аварией. Такое наблюдение касается всего населения как на территории бывшего Советского Союза, так и за его пределами. Сейчас проводятся крупные научные и эпидемиологические программы. Некоторые из них проводятся при поддержке таких международных организаций как ВОЗ и ЕС для дальнейшего изучения возможных медицинских последствий аварии. Однако общепризнанные дозы облучения населения показывают, что за исключением заболеваний щитовидной железы маловероятно, что облучение может привести к заметным радиационным эффектам у населения в целом, которые превышали бы стандартный уровень естественных случаев таких заболеваний. Что касается ликвидаторов, к этому прогнозу следует подходить с определенной осторожностью.

Еще одним важным медицинским последствием этой аварии были распространенные случаи психологического стресса среди пострадавшего населения. Острые признаки этого явления, которое в основном наблюдалось в загрязненных районах бывшего Советского Союза, по-видимому, отражают страх людей перед неизвестными факторами радиации и ее последствий, а также их недоверие к государственным органам и официальным экспертам. Причем нет никакого сомнения, что этому отношению людей способствовало нарушение системы социального обеспечения и условий жизни, обусловленных аварией и ее длительными последствиями.

7. Воздействие радиации на живой организм

Ионизирующее излучение, действуя на живой организм, вызывает в нем цепочку обратимых и необратимых изменений, которые приводят к тем или иным биологическим последствиям. Первичным этапом, инициирующим многообразные процессы, происходящие в биологическом объекте, является ионизация (от атома отрывается электрон).

В процессе ионизации происходит разрушение молекул вещества, образуются «свободные радикалы» и сильные окислители с высокой химической активностью.

Получающиеся в процессе радиолиза воды (в биологической ткани 60-70% по массе составляет вода) свободные радикалы и окислители, обладая высокой химической активностью, вступают в химические реакции с молекулами белка и других структурных элементов биологической ткани, что приводит к изменению биохимических процессов в организме. В результате нарушаются обменные процессы, замедляется и прекращается рост тканей, возникают новые химические соединения, не свойственные организму. Это приводит к нарушению жизнедеятельности организма в целом.

Специфика действия ионизирующего излучения на биологические объекты заключается в том, что производимый им эффект обусловлен не столько количеством поглощенной энергии в облучаемом объекте, сколько той формой, в которой эта энергия передается (индуцированные свободными радикалами химические реакции вовлекают в этот процесс многие сотни и тысячи молекул, не затронутых излучением).

Никакой другой вид энергии (тепловой, электрической и др.), поглощенной биологическим объектом в том же количестве, не приводит к таким изменениям, какие вызывает ионизирующее излучение.

Например, смертельная доза ионизирующего излучения для человека, равная 600 рад (600 бэр), соответствует поглощенной энергии излучения 6·10⁴ эрг/г. Если эту энергию подвести в виде тепла, то она нагрела бы тело едва ли на 0,001°C. Это тепловая энергия, заключенная в стакане горячего чая. Именно ионизация и возбуждение атомов и молекул обусловливают специфику действия ионизирующего излучения.

Время протекания процесса ионизации составляет 10^-16-10^-14 с. Длительность процесса, при котором наблюдаются физико-химические изменения, - 10^-10-10^-6 с.

Биохимические изменения могут произойти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиною немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

Эффекты воздействия ионизирующего излучения на живой организм разделяют на две категории: соматические, которые возникают в организме человека, непосредственно подвергшегося облучению, и генетические, проявляющиеся у его потомков.

Тяжесть поражения организма, вызванного дозой радиации, зависит от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения, поэтому они лучше переносят серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием.

Кроме того, реакция разных органов и тканей человека на облучение неодинакова, причем различия очень велики.

Красный костный мозг, другие элементы кроветворной системы, репродуктивные органы и глаза наиболее уязвимы при облучении. Дети также крайне чувствительны к действию радиации.

Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. К ним можно отнести почки, печень, мочевой пузырь, зрелые хрящевые ткани.

8. Риск для населения от различных источников опасности

Жизнь - очень рискованное дело. Рано или поздно мы все закончим эту счастливую игру и присоединимся к нашим собратьям, «по ком звонит колокол». Единственный вопрос состоит в том, уйдем ли мы из жизни по естественной причине, прожив отпущенный нам период, или же умрем преждевременно, став жертвой современной технологии. Жизнь в промышленно развитом обществе сталкивает нас со многими опасностями, причем одни из них очевидны, например, риск автомобильной или авиационной катастрофы, другие - более трудно различимы, далеки от нашего сознания и не оказывают моментального эффекта. Мы пытаемся решить данную проблему риска, делая выбор, основанный на нашем понимании значимости конкретной опасности и той выгоде, которую дает эта опасность при приемлемом риске. Очевидно, большинство из нас считают, что скорость и комфорт полета на пассажирском самолете, по-видимому, стоит риска смерти, равного приблизительно одному шансу из миллиона на каждый полет. А вождение собственного автомобиля стоит значительно более высокого уровня риска! Иногда наше суждение о риске не особенно разумно. Многие люди продолжают курить, несмотря на явный риск для их здоровья, о чем, кстати, напечатано на каждой упаковке сигарет, и однозначную связь между курением и раком легкого. Ограничить распространение курения - дело наших рук. Мы можем воздержаться от курения и тем самым сильно снизить шанс заболевания раком легкого. Если мы хотим уменьшить трудности, связанные с ожирением и гипертонией, мы должны умеренно питаться и регулярно заниматься физкультурой.

Мы можем жить не в городе, а в сельской местности и таким образом избегать различного риска, связанного с убийством или загрязнением атмосферы. Но наш контроль над степенью риска распространяется на ограниченную группу опасностей, подстерегающих нас каждый день, пока мы не изолируемся от гущи событий нашей жизни. Опасности, которым все мы подвергаемся, в большей части находятся за пределами нашего контроля.

Принятый на Западе научный анализ медицинского риска от действия вредных факторов подразумевает получение ответа на три извечных вопроса, свойственных людям при выборе своего поведения:

- Что это такое (в данном случае риск)?

- Каков его уровень, приемлем он или нет?

- Что с ним делать - смириться, стараться снизить или избежать?

Если под риском понимать вероятность погибнуть в течение года по той или иной причине (а таких причин в современной жизни достаточно), то в условиях каких риском мы живем? Прежде всего, надо отметить, что риск, обусловленный внутренней средой обитания человека, т.е. в результате различных заболеваний и старения, составляет 1·10^-2 в год. Это значит, что в среднем один человек из 100 умирает ежегодно от болезней и старости. Наибольший вклад в этот риск дают сердечно - сосудистые (4,7·10^-3) и онкологические (1,6·10^-3 в год) заболевания.

Принято считать, что в среднем «житейский» риск составляет 1·10^-4, то есть из 10 тыс. человек в течение года гибнет один (тонет, погибает при пожаре, землетрясении, наводнении, урагане и т.п.) в результате влияния естественной среды обитания.

Кроме того, человек рискует погибнуть и от искусственной среды обитания, т.е. транспортных происшествий, загрязнения окружающей среды и т.д. Так, риск от курения (более 20 сигарет в. день) составляет 5·10^-3 в год. По оценке американских экспертов, риск от 100 угольных и нефтяных электростанций (мощностью по 1000 МВт) в условиях США составляет 3·10^-5 в год. Это в 50 раз больше, чем для АЭС (6·10^-7 в год).

Общепризнано, что единственным наблюдаемым последствием облучения большого числа людей мало интенсивным облучением может быть индуцирование нескольких раковых заболеваний, помимо тысячи заболеваний, которые возникают естественным образом спустя годы и даже десятки лет после облучения. Часто забывают, что рак главным образом является характерным заболеванием для людей преклонного возраста. В странах, где продолжительность жизни составляет 60-70 лет, 20% и более всех смертей происходит вследствие заболевания раком, однако средний возраст умирающих составляет примерно 65 лет. Во-вторых, мы можем подвергаться воздействию тысяч факторов в нашей повседневной жизни (в дополнение к радиации), которые могут вызвать рак. Список канцерогенов включает, например, нитрозоамины в хорошо прожаренных бифштексах, дымовую сажу, мышьяк, парафиновое масло, угольный деготь, некоторые компоненты табачного дыма, ультрафиолетовое излучение, асбест, некоторые промежуточные соединения химических красителей, грибковые токсины пищевых продуктов, вирусы и даже тепло. Лишь в исключительных случаях можно убедительно определить причину конкретного ракового заболевания.

Необходимо понимать, что угроза, создаваемая для здоровья человека некоторыми из других факторов, гораздо более велика, нежели роль мало интенсивного изучения, и что воздействие еще большего числа факторов остается почти неизвестным.

Биологические последствия облучения принято делить на два класса.

При кратковременных дозах, превышающих 100 бэр, возникает лучевая болезнь с поражением отдельных органов или всего организма. При дозах менее 100 бэр лучевая болезнь не возникает, но возможно перерождение поврежденных клеток в злокачественные с последующим развитием рака. Перерождение носит статистический характер, и сказать заранее, произойдет перерождение или нет, нельзя. Но чем больше доза, тем больше и вероятность перерождения.

Людям свойственно не только различное отношение к риску, но и различие в оценке величины грозящей опасности. Различия в суждениях зависят от возраста, пола, воспитания, образования, рода занятий и т.д. При этом угрожающие здоровью и жизни факторы, кажущиеся некоторым группам общественности самыми опасными, не являются таковыми на самом деле и наоборот. Недостаток информации или образования приводит к тому, что ряд факторов человеческая психика склонна преувеличивать или недооценивать. По зарубежным данным, например, опасность электричества для жизни среди других причин женщины, студенты и бизнесмены дружно поставили на девятнадцатое место, в то время как реально, по числу со смертельным исходом (14000 в год в США) данный фактор находится на пятом месте.

К радиации, как источнику опасности, отношение двоякое, но в обоих случаях сопровождается значительными ошибками. Там атомную энергетику женщины и студенты оценивают как самую большую опасность, а рентгеновское облучение все категории помещают примерно на одно (17-20) место, тогда как по числу летальных исходов рентгенодиагностика находится на девятом месте, а атомная энергетика - на двадцатом! Видно, что опасность первого источника недооценивается, а второго значительно переоценивается. Обращает на себя внимание то, что общественное мнение меньше всего ошибается в случаях более простых и близких к обыденной жизни. Это, например, такие факторы, как курение, опасность хирургического вмешательства, травмы при строительстве.

Заключение

Радиация не является каким-либо новым фактором воздействия на живые организмы, подобно многим химическим веществам, созданным человеком и ранее не существовавшим в природе.

Радиация - это один из многих естественных факторов окружающей среды. Естественный радиационный фон влияет на жизнедеятельность человека, как и все вещества окружающей среды, с которыми организм находится в состоянии непрерывного обмена. Поэтому при оценке опасности облучения крайне важно знать характер и уровни облучения от различных естественных источников излучения.

Роль естественного радиационного фона в жизни всего живого Земли еще до конца не выяснена.

Дополнительное облучение от техногенных источников радиации в глобальных масштабах пока еще невелико. Однако некоторые виды человеческой деятельности могут давать существенный вклад в естественный фон.

В сознании большинства людей радиация связана с атомными бомбами, разрушением Хиросимы и Нагасаки, аварией на Чернобыльской АЭС.

Уравновешенный взгляд на радиацию должен включать понимание существенной пользы от применения атома как в медицине, так во всех сферах человеческой деятельности.

Размещено на Allbest.ru