CC BY
600
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ОХРАНА ТРУДА
УДК 621.564
Ионизирующие излучения в нашей жизни
С. В. Семенов,
кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой естественнонаучных и общетехнических дисциплин МИЭЭ, Москва
Ядерные исследования, как военные, так и мирные, с самого начала проводились в глубокой тайне. Это продолжалось в течение долгого времени. Что же касается просвещения населения по основам ядерной экологии и охраны здоровья от ионизирующих излучений, то этими вопросами атомщики практически не занимались. В открытой литературе до последнего времени было непросто найти достоверные данные об ионизирующих излучениях, их влиянии на здоровье человека, о дозиметрии и способах защиты от радиации. Многолетний опыт автора преподавания физики выявил, что эти вопросы вызывают большой интерес.
Отношение людей к той или иной опасности определяется тем, насколько хорошо она им знакома. В данной статье проведен анализ открытых публикаций по этой проблеме и в простой доступной форме приводятся ответы на основные вопросы, связанные с природой радиоактивного излучения и его влияния на нашу жизнь.
Ключевые слова: ионизирующие излучения, ядерные превращения, радионуклиды, дозиметрия.
Физика ядерных превращений
По результатам исследований учеными атома мы можем представить себе его строение. В представлении Э. Резерфорда атом похож на Солнечную систему в миниатюре, в которой вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» — электроны (рис.1). Размеры атома имеют порядок 10-10 м (1 ангстрем). Размеры ядра в сто тысяч раз меньше размеров самого атома (10-15 м), но плотность его очень велика, поскольку масса ядра почти равна массе всего атома. Ядро, как правило, состоит из более мелких частиц- протонов и нейтронов, которые плотно сцеплены друг с другом. Протоны и нейтроны носят название нуклонов.
Число нуклонов определяется массовым числом атома -А. Число протонов в ядре определяет заряд ядра - Ъ и показывает, к какому химическому элементу относится данный атом, определяя его положение в таблице Менделеева. Так, ядро атома водорода содержит всего один протон 1Н1, атом кислоро-
• - протоны;
• - нейтроны ;
• - электроны.
Рис. 1. Планетарная модель строения атома
да 8016-8, урана 92и238-92. Соответственно эти элементы в периодической таблице занимают 1, 8 и 92 места.
В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален. Число нейтронов (А~2) при одном и том же числе протонов в ядре может изменяться, например ядро урана 92и238 может содержать 146 нейтронов - природный уран, а может и 143 - 92и235. Такие ядра называют изотопами.
Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу нуклидов. Некоторые нуклиды стабильны, т.е. при отсутствии внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений. Большинство же нуклидов нестабильны - радионуклиды, они все время превращаются в другие нуклиды.
Радиоактивный распад - это явление самопроизвольного превращения атомных ядер ряда элементов в ядра атомов других элементов, сопровождающееся испусканием альфа- и бета-частиц и гамма-лучей.
В качестве примера возьмем хотя бы 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 2Не4 - ( а-частица) (рис. 2).
90
ТЬ
234
ся стабильным нуклидом свинца. Разумеется, существует много таких цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям. Одна из таких схем показана на рис. 3.
Приведем также пример радиоактивного распада трития:
Здесь о V 0- нейтральная частица с массой много меньшей массы электрона me , названная нейтрино.
Рис. 2. Первая стадия распада урана-238
Уравнение ядерного распада урана имеет вид:
тт238 ^ ть234 + Не4
92и ^ 90 Ть +2Не .
Уран превращается, таким образом, в торий-234, в ядре которого содержится 90 протонов и 144 нейтрона. Но торий-234 тоже нестабилен:
Его превращение происходит, однако, не так, как в предыдущем случае: один из его нейтронов превращается в протон, и торий-234 превращается в протактиний-234 - 9^а , в ядре которого содержатся 91 протон и 143 нейтрона. Эта метаморфоза, происшедшая в ядре, сказывается и на движущихся по своим орбитам электронах: один из них становится неспаренным и вылетает из атома. Вылетевший электрон представляет собой Р-частицу. Протактиний очень нестабилен и ему требуется совсем немного времени на превращение. Далее следуют иные превращения, сопровождаемые излучениями, и вся эта цепочка в конце концов оканчивает-
РАДИОАКТИВНЫЙ РАСПАД ЯДЕР
Вид Нуклид Период
излучения полураспада
Уран-238 4,47 млрд.лет
альфа
Торий-234 24,1 суток
бета
Протактиний-234 1,17 минут
бета
Уран-234 245000 лет
альфа д"
Торий-230 8000 лет
альфа д"
Радий-226 1600 лет
альфа
Радон-222 3,823 суток
альфа
Полоний-218 3,05 минуты
альфа
Свинец-214 26,8 минуты
бета 1Т
Висмут-214 19,7 минуты
бета
Полоний-214 0,000164 сек
альфа Т
Свинец-210 22,3 года
бета уТ
Висмут-210 5,01 суток
бета У
Полоний-210 138,4 суток
альфа Т
Свинец-206 Стабильный
Рис.3. Одна из возможньи цепочек распада ядра урана-238
При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Можно сказать (хотя это и не совсем строго), что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов 2Не4, — это а -излучение; испускание электрона ^е0, как в случае распада тория-234, — это Р -излучение.
Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую у -излучением. Как и в случае рентгеновских лучей (во многом подобных у-излучению), при этом не происходит испускания каких-либо частиц.
Закон радиоактивного распада [1]. Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид — радионуклидом. Но хотя все радионуклиды нестабильны, одни из них более нестабильны, чем другие. Например, протактиний-234 распадается почти моментально, а уран-238 — очень медленно. Половина всех атомов урана-238 превратится в торий-234 за четыре с половиной миллиарда лет.
Если N0 - начальное число радиоактивных ядер, то через время t число нераспавшихся ядер станет меньше:
1п2
Процесс распада продолжается непрерывно. За время, равное одному периоду полураспада, останутся неизменными каждые 50 атомов из 100, за следующий аналогичный промежуток времени 25 из них распадутся и так далее.
Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью. Единицу измерения активности (в системе СИ) назвали бекке-релем (Бк) в честь первооткрывателя явления радиоактивности; один беккерель равен одному распаду в секунду. Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки): 1 Ки = 3,7-1010 Бк. Единице активности 1 кюри соответствует активность 1 г радия ^а
226
Ы(0 = Ы0-е-и=Ы0-е Т =ЛГ0-е = N,-2 т.
(1)
Здесь 1 - постоянная распада, Т - период полураспада - основная величина, характеризующая скорость процесса. Чем меньше период полураспада, тем интенсивнее протекает распад. Так, для урана T а 4,5 млрд. лет, а для радия T а 1600 лет. Поэтому активность радия значительно выше, чем урана. Существуют радиоактивные элементы с периодом полураспада в доли секунд. График закона радиоактивного распада приведен на рис. 4.
Рис. 4. Закон радиоактивного распада
Ионизирующие излучения
Ионизирующие излучения [2,3,4] - излучения, взаимодействие которых со средой приводит к ионизации ее атомов и молекул и образованию ионов разных знаков. Видимый свет, инфракрасное излучение и ультрафиолетовые лучи к ионизирующие излучению (ИИ) не относятся.
Все ИИ делят на фотонные, или электромагнитные, и корпускулярные. Фотонными излучениями являются у -излучение и рентгеновское (тормозное и характеристическое) излучение.
у - излучение возникает при изменении энергетического состояния атомных ядер, в частности, оно сопровождает радиоактивные превращения ядер в тех случаях, когда образующиеся атомные ядра находятся в возбужденных энергетических состояниях, а также при аннигиляции (одном из видов превращения элементарных частиц, частица - античастица) и распаде элементарных частиц.
Тормозное (с непрерывным энергетическим спектром) излучение появляется в результате торможения (рассеяния) заряженных частиц в кулоновском поле ядра атома.
Характеристическое излучение (с прерывистым, или дискретным, энергетическим спектром) возникает при изменении энергетического состояния электронов атома.
Фотонное ( у-излучение и рентгеновское) излучение обладает большой проникающей способностью. Для его ослабления обычно применяют защиту из бетона, железа или свинца.
К корпускулярным ИИ относятся альфа ( а)- и бета (Р )- частицы, протонное (р), нейтронное (п) и другие ядерные излучения. При распаде некоторых радионуклидов испускаются положительные бета-частицы (е+), которые называют позитронами.
Альфа-частицы представляют собой положительно заряженные ядра атомов гелия. Эти частицы испускаются при радиоактивном распаде некоторых элементов с большим атомным номером, в основном это трансурановые элементы с атомными номерами более 92. Альфа-частицы распространяются в средах прямолинейно со скоростью около 20 000 км/с, создавая на своём пути ионизацию большой плотности. Альфа-частицы, обладая большой массой, быстро теряют свою энергию и поэтому имеют незначительный пробег: в воздухе - 20-110 мм, в био-
ИИЕИЛВИЙВ
логических тканях — 30-150 мм, в алюминии — 10-69 мм. а-излучение обладает очень небольшой проникающей способностью, так как альфа-частицы быстро теряют свою энергию, уходящую на ионизацию среды, в которую они попадают. Поэтому для защиты от а-излучения достаточно иметь резиновые перчатки, экран из органического стекла или алюминия толщиной в доли миллиметра.
Бета-частицы — это поток электронов или позитронов, обладающий большей проникающей и меньшей ионизирующей способностью, чем альфа-частицы. Они возникают в ядрах атомов при радиоактивном распаде и сразу же излучаются оттуда со скоростью, близкой к скорости света. При средних энергиях пробег бета-частиц в воздухе составляет несколько метров, в воде - 1-2 см, в тканях человека - около 1 см, в металлах - 1 мм. Для защиты от бета-частиц используют экраны из органического стекла, алюминия и др., толщиной от долей миллиметра до 10 мм.
Рис. 5. Проникающая способность излучения
Гамма-излучение относится к электромагнитному излучению и представляет собой поток квантов энергии, распространяющихся со скоростью света. Они обладают более короткими длинами волн, чем рентгеновское излучение. Гамма-излучение свободно проходит через тело человека и другие материалы без заметного ослабления и может создавать вторичное и рассеянное излучение в средах, через которые проходит. Интенсивность облучения гамма-лучами снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от точечного источника.
На рис.5 приведена иллюстрация проникающей способности а - частиц и у-излучения.
Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитное излучение высокой частоты и с короткой длиной волны, возникающее при бомбардировке вещества потоком электронов. Важнейшим свойством рентгеновского излучения является его большая проникающая способность. Рентгеновские лучи могут возникать в рентгеновских трубках, электронных микроскопах, мощных генераторах, выпрямительных лампах, электронно-лучевых трубках и др.
Нейтронное излучение — это поток нейтральных частиц. Эти частицы вылетают из ядер атомов при некоторых ядерных реакциях, в частности, при цепных реакциях деления ядер урана-235 и плутония-239. Вследствие того, что нейтроны не имеют электрического заряда, нейтронное излучение обладает
большой проникающей способностью. В зависимости от кинетической энергии нейтроны условно делятся на быстрые, сверхбыстрые, промежуточные, медленные и тепловые. Нейтронное излучение возникает при работе ускорителей заряженных частиц и реакторов, образующих мощные потоки быстрых и тепловых нейтронов. Отличительной особенностью нейтронного излучения является способность превращать атомы стабильных элементов в их радиоактивные изотопы, что резко повышает опасность нейтронного облучения. Для защиты от нейтронов используют барьеры из различных материалов (воды, парафина, бетона и др.) толщиной во много метров.
Протонное — слабо проникающее излучение, но в результате ускорения частиц, приданного им в специальных установках, они достигают достаточно высоких энергий и приобретают большую проникающую способность. Протоны - ядра атома водорода (1Н1), представляющие собой частицы с массой в 1836 раз большей массы электрона и несущие единичный положительный заряд (р+).
Единицы измерения радиоактивности и доз облучений
Для характеристики ионизирующих излучений введено понятие дозы облучения [4]. Различают три дозы облучения: поглощенная, эквивалентная и экспозиционная.
Степень, глубина и форма лучевых поражений, развивающихся среди биологических объектов при воздействии на них ионизирующего излучения, в первую очередь зависят от величины поглощенной энергии излучения или поглощенной дозы (Дпогл).
Поглощенная доза — энергия, поглощённая единицей массы облучаемого вещества.
За единицу поглощённой дозы облучения принимается грей (Гр), определяемый как джоуль на килограмм (Дж/кг). Соответственно, 1 Гр = 1 Дж/кг.
В радиобиологии и радиационной гигиене широкое применение получила внесистемная единица поглощённой дозы — рад. Соотношение между греем и радом следующее: 1 Гр= 100 рад.
В связи с тем, что одинаковая поглощённая доза различных видов ионизирующего излучения вызывает в единице массы биологической ткани различное биологическое действие, введено понятие эквивалентной дозы (Дэкв), которая определяется как произведение поглощённой дозы на средний «коэффициент качества» действующих видов ионизирующих излучений.
Коэффициент качества (Ккач) характеризует зависимость неблагоприятных биологических последствий облучения человека от способности ионизирующего излучения различного вида передавать энергию облучаемой среде (табл.1). По существу, биологические эффекты, вызываемые любыми ионизирующими излучениями, сравниваются с эффектом от рентгеновского и гамма-излучения.
Таблица 1 Значения коэффициента качества для разных видов ионизирующего излучения
Вид излучения Коэффициент качества (Ккач)
Рентгеновское и гамма-излучение 1
Электроны и позитроны, бета-излучение 1
Протоны 10
Нейтроны тепловые 3
Нейтроны быстрые 10
Альфа-частицы и тяжёлые ядра отдачи 20
1 Зв = 1 Гр • Кк
Дэкв Дпогл Ккач
Внесистемной единицей экспозиционной дозы рентгеновского и гамма-излучения является рентген (Р). При этом соразмерность следующая:
1 Р = 2,58 • 10 -4 Кл/кг или 1 Кл/кг =3,88 • 103 Р.
В ядерной физике единицей энергии является электрон-вольт (эВ), то есть та энергия, которую приобретает электрон при прохождении ускоряющей разности потенциалов в 1 В;
19
1 эВ =1, 60219 10- 19 Дж.
При экспозиционной дозе Dэ =1Р= 2,58 10-4 Кл/кг общий заряд образованных ионов равен числу ионов, умноженному на заряд электрона. Поэтому число образовавшихся ионов в кг воздуха:
Как видно из приведенной таблицы, при поглощении одинаковой энергии ионизирующего излучения у- квантов и а- частиц, последние окажут в 20 раз более ощутимый биологический вред.
В качестве единицы измерения эквивалентной дозы в системе СИ принят зиверт (Зв) по имени шведского ученого Зиверта ^.М. Sievert) — первого председателя Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ). Зиверт — эквивалентная доза любого вида ионизирующего излучения, поглощённая 1 кг биологической ткани и приносящая такой же биологический эффект (вред), как и поглощённая доза фотонного излучения в 1 Гр.
2,58-10 4 Кл/кг 15
Кон = --------=19------- = 1,611 10 ион/кг.
1,6-10 Кл/ион
Поскольку на отрыв 1-го электрона (образование 1-й пары ионов) в сухом воздухе требуется энергия #1 = 32,5 эВ/ион, то для образования N =1,611 1015 ион/кг необходима энергия:
Для оценки эквивалентной дозы, полученной группой людей (персонал объекта народного хозяйства, жители населённого пункта и т.п.), используется понятие «коллективная эквивалентная доза» (Дэквю) — это средняя для населения доза, умноженная на численность населения (в человеко-зивертах).
Понятие экспозиционная доза (Дэксп) служит для характеристики только рентгеновского и гамма-излучения и определяет меру ионизации воздуха под действием этих лучей. Она равна дозе фотонного излучения, при котором в 1 кг атмосферного воздуха возникают ионы, несущие заряд электричества в 1 кулон (Кл). Большинство приборов оперативного радиационного контроля построено на измерении экспозиционной дозы Дэксп - ионизации воздуха под воздействием излучения. Соответственно размерность экспозиционной дозы
[Дэксп1 = Кл/кг.
Таким образом, энергетическим эквивалентом рентгена является экспозиционная доза, равная
0,838 рад:
1Р=8,38 10-3 Дж/кг=0,838 рад.
(Для грубых оценок можно полагать равенства рентгена и рада.)
Существует также внесистемная единица эквивалентной дозы ионизирующего излучения - бэр (биологический эквивалент рентгена). При этом соразмерность следующая:
1 бэр =1Р ^Ккач или 1 Зв = 100 рад • Ккач » 100 бэр.
Поглощённая, эквивалентная и экспозиционная дозы, отнесённые к единице времени, носят название мощности соответствующих доз.
Например:
Мощность поглощённой дозы (Рпогл) Гр/с или рад/с. Мощность эквивалентной дозы (Рэкв) Зв/с или бэр/с. Мощность экспозиционной дозы (Рэксп) Кл/(кг • с) или Р/с
Также для грубой оценки можно полагать, что радиоактивное загрязнение плотностью 1 Ки/м2 эквивалентно мощности экспозиционной дозы 10 Р/ч, или мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения 1 Р/ч соответствует загрязнению в 10 мкКи/см2.
шятяват
Таблица 2
ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ РАДИОАКТИВНОСТИ И ИОНИЗИРУЮЩЕГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Беккерель (Бк, Вq);кюри (Ки, Си) 1 Бк = Іраспад в сек 1 Ки = 3,7 -1010 Бк Единицы активности радионуклида. Представляют собой число распадов в единицу времени.
Грей (Гр, Gу); рад (рад, rad) 1 Гр = 1 Дж/кг; 1 рад = 0,01 Гр Единицы поглощённой дозы. Представляют собой количество энергии ионизирующего излучения, поглощенное единицей массы какого-либо физического тела, например тканями организма.
Зиверт (Зв, Sv); Бэр (бэр, rem) -«биологический эквивлент рентгена» 1 Зв = 1Гр = 1Дж/кг (для бета и гамма); 1 мкЗв = 1/1000000 Зв; 1 бэр = 0,01 Зв = 10 мЗв Единицы эквивалентной дозы. Представляют собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент качества, учитывающий неодинаковую опасность разных видов ионизирующего излучения.
Грей в час (Гр/ч); зиверт в час(Зв/ч); рентген в час (Р/ч) 1 Гр/ч = 1 Зв/ч = 100 Р/ч (для бета и гамма); 1 мк Зв/ч = 1 мкГр/ч = 100 мкР/ч; 1 мкР/ч = 1/1000000 Р/ч Единицы мощности дозы. Представляют собой дозу, полученную организмом за единицу времени.
Виды источников излучения
Естественные источники ионизирующего излучения. Основную часть облучения человек получает от естественных источников радиации (рис.6). Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения попадают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре.
Облучению от естественных источников радиации подвергаются все жители Земли, при этом одни из них получают большие дозы, чем другие в зависимости, в частности, от местожительства. Так уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где особенно залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, в других местах — соответственно, ниже. Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметичность помещений и даже полеты на самолетах - все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации.
Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. Остальную часть радиации вносят космические лучи. Космические лучи, в основном, приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов.
Естественные 83 %
Остальные
источники
Источники радиации
Источники использующиеся в медицине 17 %
Земного происхождения
Естественные источники радиации
Космического происхождения 21 %
Рис. 6. Источники радиоактивного излучения
Нет такого места на Земле, куда бы не падал этот невидимый космический поток. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Например, Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области из-за наличия у Земли магнитного поля,
тикиивииИ
отклоняющего заряженные частицы (из которых, в основном, и состоят космические лучи). Существенно также то, что уровень облучения растет с высотой над поверхностью Земли, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Это важно знать людям, часто летающим на самолетах.
Земная радиация. Основные радионуклиды, встречающиеся в горных породах Земли, — это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало от урана-238 и тория-232, включившихся в состав Земли с самого ее рождения.
Калий-40 (Т=1,3 млн. лет) - долгоживущий радионуклид; усваивается любым организмом без изменения изотопного состава. Его средняя концентрация в различных органах и тканях человека 20-120 Бк/кг. Как правило, он является основным естественным бета-излучателем, содержащимся в теле любого представителя флоры и фауны.
Рубидий-87 (Т=61 млрд. лет) - радионуклид с мягким бета-излучением (с энергией 0,275 МэВ); распространен в окружающей среде в микроколичествах.
Торий-232 (Т=14 млрд. лет) является альфа-излучателем (с энергией 3,95-4,05МэВ), однако в зонах его распространения естественный радиоактивный фон повышается за счет электронов (с энергией 0,2 - 2,6 МэВ), испускаемых дочерними продуктами распада.
Как уже отмечалось, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. В местах проживания основной массы населения они примерно одного порядка. Но есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Так, неподалеку от города Посус-ди-Калдас в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний. В Иране, в районе города Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, зарегистрированы уровни радиации, превышающие средние в 1300 раз. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например, в Индии, Франции, Нигерии, на Мадагаскаре. На территории бывшего СССР зоной с повышенной радиацией является Восточный Казахстан, где расположены урановые рудники, а на Семипалатинском полигоне многие годы производились ядерные взрывы.
В среднем примерно 70% эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.
Совсем небольшие дозы приходятся на радиоактивные изотопы типа углерода-14 и трития, которые образуются под воздействием космической радиации. Все остальное поступает от источников земного происхождения. Достаточно большую долю радиации человек получает от калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Но большую дозу внутреннего
облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени от радионуклидов ряда тория-232. Некоторые из них, например нуклиды свинца-210 и полония-210, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие много рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения.
Относительно недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) -радон. Радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за 75% годовой эффективной эквивалентной дозы облучения, получаемой человеком от земных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно отличается для разных точек земного шара. В зонах с умеренным климатом концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Поступая внутрь помещения тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникать 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. Самые распространенные стройматериалы - дерево, кирпич и бетон - выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья, фосфогипса.
Искусственные источники ионизирующего излучения. За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения как отдельных людей, так и населения Земли в целом.
Индивидуальные дозы, получаемые разными людьми от искусственных источников радиации, сильно различаются. В большинстве случаев эти дозы весьма невелики, но иногда облучение за счет техногенных источников оказывается во много тысяч раз интенсивнее, чем за счет естественных.
В настоящее время основной вклад в получаемую человеком от техногенных источников радиации дозу вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Радиация используется в медицине как в диагности-
шятяват
ческих целях, так и для лечения. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат. Получают все более широкое распространение и новые сложные диагностические методы, опирающиеся на использование радиоизотопов. Как ни парадоксально, но одним из способов борьбы с раком является лучевая терапия.
Облучение в медицине направлено на исцеление больного. Однако нередко дозы оказываются неоправданно высокими: их можно было бы существенно уменьшить без снижения эффективности, причем, польза от такого уменьшения была бы весьма существенна, поскольку дозы, получаемые от облучения в медицинских целях, составляют значительную часть суммарной дозы облучения от техногенных источников.
Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень невелики. Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий этап - производство
ядерного топлива и сборка тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ). Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов. На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают радиоактивные вещества.
Но больше всего вреда для населения может принести авария на АЭС. Как известно, за период с 1971 по 1989 год в 14 странах мира имели место 151 авария на АЭС. Однако за время существования ядерных энергетических реакторов произошли только три крупные аварии, сопровождающиеся большими выбросами радиоактивных веществ (в Великобритании в 1957 году, в США в 1979 году и в СССР в 1986 году). Первые две аварии не оказали серьезного влияния на экономическую жизнь населения соответствующих районов. Авария в СССР на Чернобыльской АЭС была самой крупной в истории ядерной энергетики и сопровождалась значительными выбросами радиоактивных веществ и эвакуацией населения из зоны 30 км вокруг реактора.
Продолжение статьи читайте в следующем номере.
Литература
1. Трофимова Т. И. Курс физики. - М.: Высшая школа, 2004.
2. Козлов В. Ф. Справочник по радиационной безопасности. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
3. Моисеев А. А., Иванов В. И. Краткий справочник по радиационной защите и дозиметрии. - М.: Атомиздат, 1964.
4. Радиация. Дозы, эффекты, риск /Пер. с англ. Ю. А. Банникова. - М.: Мир, 1988.
5. Патологическая физиология /Под. ред. А. Д. Адо и Л. М. Ишимовой. М.: Медицина, 1980.
ИИКИЯВИШ
