Применение закрытых источников ионизирующих излучений

Искусственные источники ионизирующего облучения человека

В коллективную дозу облучения человека свой вклад вносят и искусственные источники радиации:

· используемые в медицине;

· применяемые в различных отраслях промышленности;

· техногенные, связанные с ядерными испытаниями;

· обусловленные функционированием предприятий атомной энергетики (предприятий ядерно-топливного цикла – ЯТЦ) и аварий на них (например, на Чернобыльской АЭС).

Остановимся несколько подробнее на характеристике источников ионизирующих излучений, применяемых в различных отраслях промышленности и медицине.

Это, прежде всего, закрытые источники ионизирующего излучения, которые по характеру действия могут быть условно разделены на две группы:

а) источники излучения непрерывного действия;

б) источники, генерирующие излучение периодически.

К первой группе относятся γ-установки различного назначения, нейтронные, β- и γ-излучатели, ко второй – рентгеновские аппараты и ускорители заряженных частиц (в последнем случае, при ускорении частиц до энергий, превышающих 10 МэВ, возможно образование искусственных радиоактивных веществ, при этом возникает потенциальная опасность поступления радиоактивных изотопов в организм).

Область применения и виды используемых закрытых источников представлены в таблице 12.2.

В качестве γ-излучателей находят применение в основном искусственные радиоактивные элементы, помещаемые в порошкообразном или твердом состоянии в герметичные стальные ампулы. Наиболее часто используемые как γ-излучатели – радиоактивные элементы ⁶⁰Со, ¹²⁷Те, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs и другие.

Нейтронные источники обычно готовятся путем смешения радия, полония или плутония с бериллием или бором (смесь помещается в герметические стальные ампулы).

В качестве β-источников применяются искусственные радиоактивные изотопы – β-излучатели ³²Р, ⁹⁰Sr, ¹⁹⁸Au и др.

Активность закрытых источников ионизирующей радиации, которые применяются для различных целей, варьирует в широких пределах.

Таблица 12.2.

Область применения

Вид используемых закрытых источников

Металлургия   Строительная индустрия     Химическая промышленность     Легкая промышленность     Пищевая промышленность   Геология   Медицина и биология   Сельское хозяйство   Научные исследования

Ускорители заряженных частиц, рентгеновские аппараты, аппараты для γ-дефектоскопии, радиоизотопные приборы (уровнемеры)   Ускорители заряженных частиц, рентгеновские аппараты, аппараты для γ-дефектоскопии   Мощные γ-установки, радиоизотопные приборы (уровнемеры, толщиномеры, приборы для снятия электростатических зарядов)   Радиоизотопные приборы (уровнемеры, толщиномеры, приборы для снятия электростатических зарядов)   Мощные γ-установки, радиоизотопные приборы (уровнемеры)     Нейтронные и γ-источники, радиоизотопные приборы (уровнемеры) Ускорители заряженных частиц, рентгеновские и γ-аппараты, γ - и β-источники Мощные γ-установки   Ускорители заряженных частиц, рентгеновские аппараты, мощные γ-установки, нейтронные, γ- и β-источники

Так, в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом осуществляется практика строительства мощных γ - установокпромышленного назначения (для получения полимерных материалов, стерилизации изделий одноразового использования в медицинской практике, улучшения качества резины и т. д.). В зависимости от назначения и условий применений общий заряд излучателя (чаще всего в этих установках применяется ⁶⁰Со) может достигать 5,5 ПБк (150000 Ки) и более.

Как было указано ранее, второе место (29%) в общей совокупности облучения населения в естественных условиях существования занимают облучения в медицинских целях. По данным разных исследователей уровень дозы, получаемой населением при медицинских обследованиях и терапии с использованием ИИИ, составляет от 0,4 мЗв/год до 1,4 мЗв/год (О.И. Василенко, 2004; Л.А.Ильин и соавт., 1999 и др.).

В настоящее время в медицине для целей диагностики и лечения ряда заболеваний применяют различные (как закрытые, так и открытые) источники ионизирующих излучений:

· известно более 80 g- и b-излучающих радионуклидов, которые применялись и применяются для диагностических целей (⁶⁰Со, ⁷⁵Se, ¹⁷⁰Tu, ¹⁹²Ir и др.), однако практическое значение в настоящее время сохранили только ^99mTc (технеций), ¹²³I (иод), радиоизотопы индия (In) и таллия (TI); синтезированы химические соединения, входящие в состав радиофармпрепаратов (РФП), позволяющие оценивать функцию практически всех органов и систем, выявлять злокачественные новообразования и их метастазы, воспалительные процессы (Труфанов Г.Е. и соавт., 2004);

· рентгеновские аппараты различного назначения;

· линейные и циклические ускорители.

Перечень лечебных и диагностических процедур, выполняемых с помощью перечисленных источников ионизирующих излучений, весьма широк и многообразен. При оценке степени потенциальной радиационной опасности для персонала, обусловленной технологией выполнения процедур, способами их технического обеспечения и организацией системы защиты, все используемые методы с гигиенических позиций могут быть условно представлены следующими группами:

1. Рентгенодиагностика.

2. Дистанционная рентгено- и γ-терапия.

3. Терапия с помощью излучений высоких энергий.

4. Внутриполостная, внутритканевая и аппликационная терапия с помощью радиоактивных веществ в закрытом виде.

5. Лучевая терапия и диагностические исследования с помощью радиоактивных веществ в открытом виде.

Уже более века широкое применение, и, прежде всего, в медицине имеют рентгеновские лучи. Первый рентгеновский аппарат, функционировавший в Кронштадтском госпитале в начале XX века, изготовил российский изобретатель радио – А.С. Попов. Эксплуатируемые в настоящее время рентгеновские аппараты промышленного и медицинского назначения позволяют генерировать рентгеновское излучение с энергией от 25-60 кэВ (используются при рентгеноструктурном анализе) до 60-250 кэВ (применяются в диагностике и терапии заболеваний) и 200 кэВ - 35 МэВ (применяются при дефектоскопии).

В развитых странах на каждую 1000 жителей приходится от 300 до 900 рентгенологических обследований, не считая обследований зубов и массовой флюорографии (Ушаков И.Б., 2004). Ориентировочные дозы, которые получает население при проведении некоторых медицинских процедур, представлены в таблице 12.3.

В последние годы получила большое развитие и внедрение в практику современная специальная высокоэффективная лучевая диагностическая аппаратура. В настоящее время состояние медицинской науки невозможно представить без таких методов лучевой диагностики, как спиральная компьютерная томография (СКТ) и магнитно-резонансная томография (МРТ), Аносов Н.А., 2004.

Таблица 12.3.

Поглощенные ориентировочные дозы, получаемые населением при некоторых медицинских процедурах (по данным Ушакова И.Б., 2004)

Медицинская процедура	Доза, сЗв/год
Флюорография легких
Рентгеновский снимок зубов (ортопантография)
Рентгеноскопия органов грудной полости
Рентгеноскопия органов брюшной полости
Лечение злокачественных опухолей	до 5000

СКТ используется для диагностики различных повреждений и заболеваний позвоночника и спинного мозга, МРТ применяется для диагностики заболеваний головного мозга (артериальные аневризмы и др.), позвоночника, органов брюшной полости и т.д.

В современной клинической практике нашел свое широкое применение радионуклидный метод. Он используется для ранней диагностики злокачественных новообразований в различных органах, в диагностике сердечно-сосудистых заболеваний, применяется в пульмонологии, уронефрологии, в диагностике заболеваний печени и т.д.

Все радионуклидные исследования можно разделить на две большие группы (Труфанов Г.Е. и соавт., 2004):

· динамические исследования проводятся с целью изучения динамики распределения РФП в том или ином органе; с помощью специальных компьютерных программ производится обработка данных и построение кривых распределения РФП;

· статические исследования используются для оценки пространственного распределения РФП в теле больного или в каком-либо органе (рассчитывается степень накопления РФП в тканях, сравниваются показатели степени накопления в различных частях органов, оценивается равномерность накопления).

Кроме того, на сегодня актуальными являются невизуализационные методы ядерной медицины. В Западной Европе на долю таких исследований приходится от 10 % до 12 % от общего числа радионуклидных исследований (радиоиммунный анализ, дыхательный тест для выявления Helicobakter Pilory, изучение метаболизма железа и др.).

Закрытые источники (⁶⁰Со, ¹⁹⁸Аu) в виде препаратов различной конфигурации (цилиндры, бусинки, иглы, отрезки тонкой проволоки) применяются для внутриполостной и внутритканевой терапии злокачественных новообразований. Активность вводимых в пораженные ткани игл составляет 0,5 мКи – 10 мКи, активность отдельных бусинок – 2 мКи – 10 мКи, цилиндров – 20 мКи – 40 мКи, а суммарная вводимая активность лечебных препаратов может достигать 1480 МБк – 2220 МБк (40-60 мКи) ⁶⁰Со и 740 МБк – 3700 МБк (20- 100 мКи) ¹⁹⁸Аu.

Для целей аппликационной терапии применяются аппликаторы в виде квадратов из гибкого пластика, в котором равномерно распределен ³²Р, с мощностью излучения 2 Гр/ч – 4 Гр/ч.

Таким образом, из краткого описания используемых в различных отраслях хозяйства источников ионизирующих излучений видно, что их мощность варьирует в широких пределах, а технология применения весьма многообразна.

Ядерные испытания, аварии на атомных объектах также являются антропогенными источниками внешнего и внутреннего ионизирующего облучения населения.

Первые сведения о новом факторе загрязнения окружающей среды – радиоактивных веществах, в связи с использованием атомного оружия появились в середине прошлого века. Однако лишь в 90-е годы стало известно об истинных масштабах ядерных испытаний, как в СССР, так и других атомных державах. Ядерные взрывы гремели вблизи Семипалатинска – на Семипалатинском испытательном ядерном полигоне (СИЯП), на Новой Земле, в Западном Казахстане (полигоны «Капустин Яр», «Азгыр»), Якутии, Поволжье и в десятках других мест. Всего на территории СССР было произведено 715 взрывов, и из них большинство – на территории Казахстана (498).

Проводились испытания ядерного оружия и другими государствами: США (1032 взрыва), Францией (210), Англией (45) – на различных островах в Тихом океане, пустынях и даже в других странах (Алжире, Австралии).

В Китае на полигоне Лобнор к 90-м годам было произведено 45 испытаний, причем если в 1991 году Указом Президента Казахской ССР полигон СИЯП был закрыт, то на китайском полигоне ядерные испытания продолжаются до настоящего времени.

С 1944 по 1986 год в мире произошло 296 аварийных радиационных ситуаций, из них 8 приходится на АЭС (самые крупные из них – в Северной Англии, Уиндскейле, 1957 г.; США, в Три-Майл-Айленде, 1979 г.; Бразилии, в Гайане, 1982 г., СССР, на ЧАЭС, 1986 г.), 209 – на различные атомные установки, 69 – на работу с радионуклидами, 10 – на исследовательские сборки. В этом перечне отсутствуют сведения об авариях на корабельных АЭУ (Ушаков И.Б., 2004).

Проблема недооценки размеров радиационного риска актуальна уже тем, что число случаев реальных или потенциальных загрязнений среды радионуклидами цезий-стронциевого ряда только по официальным источникам в России близко к 725. Известно, что от работы ПО «Маяк» произошел выброс радиоактивности в озера Зауралья равный 4 млн. Ки; в результате Чернобыльской катастрофы – 50 млн. Ки, а от ядерных испытаний на СИЯП с 1949г. по 1989г. – 45 млн. Ки.

Установлено, эффективная эквивалентная ожидаемая доза от испытаний ядерного оружия для населения северного полушария составляет в сумме от различных техногенных радионуклидов 4,5 мЗв, в том числе от Cs-137 – 0,88 мЗв, а Sr-90 – 0,18 мЗв.

Особенностью последствий ядерных взрывов, аварий является то, что происходит радиоактивное загрязнение окружающей среды не только близлежащих, но и более отдаленных территорий. В целом ядерные катаклизмы приводят к повышению уровня глобального радионуклидного загрязнения на всей планете.

Так, например, в отдельных районах и населенных пунктах Семипалатинской области установлено, что удельная суммарная активность ¹³⁷Cs и ⁹⁰Sr в 3-63 раза превысила контрольные данные, при этом выделены территории, где удельная активность по антропогенным радионуклидам достигла 500 Бк/кг – 1000 Бк/кг почвы.

На территории Алтайского края (Россия) плотность загрязнения почвы цезием-137 колебалась в пределах 92±16 мКи/км2 – 121±16 мКи/км2, однако по оси следа от взрыва на СИЯП, произведенного 28 августа в 1949 г., плотность накопленных в почве цезия-137 и стронция-90 имела значение от 50 мКи/км² до 250 мКи/км². При этом удельная активность цезия-137 в верхнем пахотном слое составила 20 Бк/кг – 30 Бк/кг, а на глубине 20-40 см – до 13 Бк/кг.

Как следствие испытаний ядерного оружия в на территории Италии в 1979-1985г.г. содержание долгоживущего ¹³⁷Cs в минеральной почве составило 10 Бк/кг – 49 Бк/кг, а в органической – 106 Бк/кг – 279 Бк/кг сухой массы.

В Южной Баварии учеными установлено, что в июне-ноябре 1987 г. концентрация ¹³⁷Cs в почве составила в среднем 1200±150 Бк/кг сухой массы, причем 280±20 Бк/кг были обусловлены глобальными выпадениями после ядерных испытаний.

На территориях Восточно-Казахстанской, Кокшетауской, Северо-Казахстанской и Павлодарской областей Казахстана, примыкающих к СИЯП, по результатам радиогидролитохимических исследований выделено 9 условно аномальных зон с запасами цезия-137 более 0,07 Ки/км², при средних значениях не более 0,065 Ки/км².

Заслуживают внимания исследования казахстанских ученых в отношении плотности загрязнения территорий Павлодарской области цезием-137 в зависимости от удаления их от СИЯП. В местах ядерных испытаний она составляла 37,6 Ки/км² - 66,5 Ки/км², а на расстоянии от эпицентра в 350 км – 0,01 Ки/км² – 0,05 Ки/км². При этом до 70% цезия-137 было сосредоточено в верхнем 5-сантиметровом слое грунта, то есть на уровне корневой системы растений.

Службой безопасности Института ядерной физики НЯЦ РК через некоторое время после ядерных взрывов на китайском полигоне Лобнор было зарегистрировано наличие радионуклидов в растениях на территории Казахстана, а физиками Узбекистана – в ледниках.

По данным Казахского управления гидрометеорологии, продукты распада ядерных взрывов, произведенных на полигоне Лобнор, в основном, перемещаются в восточном направлении. Через 2-3 дня после взрыва они загрязняют приземную атмосферу Приморского края, Камчатки, Сахалина, а далее, обогнув земной шар, радиоактивные облака проходят над Европой, Средней Азией и Казахстаном в пределах 40^о-50^о северной широты. Реже они перемещаются в западном направлении, загрязняя, прежде всего, Восточный Казахстан.

На территории Казахстана, как было сказано выше, длительное время функционировали полигоны «Капустин Яр» и «Азгыр», которые также оказали негативное влияние на окружающую среду и, непосредственно, на человека. Так, по данным НПО «Казгеофизика» на территории ЗКО обнаружено превышение глобальной площадной активности по цезию-137 в 1,5 – 2,8 раза. В результате дальнейших совместных исследований в регионе полигона «Капустин Яр» специалистами Института ядерной физики НЯЦ РК, КазНМУ, радиационного отдела Республиканской СЭС было обнаружено, что содержание цезия-137 в почве достигало до 45,8±11,8 Бк/кг, стронция-90 – до 105,0±8,7 Бк/кг, а в регионе полигона «Азгыр» - до 6948±46 Бк/кг и 785± 100 Бк/кг соответственно. Эти же радионуклиды были обнаружены также в злаково-полынной растительности, молоке, мясе, картофеле, питьевой воде децентрализованных источников, что является фактором риска для внутреннего облучения населения поселков ЗКО и Атырауской областей, находящихся вблизи указанных полигонов. Поглощенная же реконструированная доза внешнего облучения у населения по данным ЭПР-дозиметрии эмали зубов оказалась выше контрольных данных в 4,6-8,8 раза.

Особое значение в современных условиях уделяется внимание проблеме, связанной с радиоактивными отходами и, прежде всего, с жидкими, которые также могут являться источниками ионизирующего облучения населения.

Радиоактивные отходы, по определению МАГАТЭ, – это вещества, содержащие или загрязненные радионуклидами в концентрации или с уровнем радиоактивности выше свободных количеств, установленных уполномоченными органами, не предусмотренные для дальнейшего использования.

Всего в мире ежегодно генерируется порядка 200-300 тыс. куб. метров низко и среднеактивных отходов (НСРО). В том числе порядка 100 тыс. м3 в США, в странах Европейского Союза около 50000 м3. Наибольшее количество НСРО образуется при эксплуатации атомных станций. Так один водо-водяной реактор (ВВР) мощностью около 1000 МВт, обычно, производит порядка 100 – 300 м3 НСРО в год. Такой большой объем отходов определяется тем, что к ним относят все материалы, побывавшие в санитарной зоне АЭС. Объем отходов, возникающих при выводе «средней» атомной электростанции, составляет обычно около 10000 - 15000 тонн. Большую часть этих отходов составляет бетон, а другой строительный материал содержит лишь небольшое количество радиоактивности.

Количество отходов, образующихся при добыче и обогащении урана, сравнительно велико по сравнению с отходами от эксплуатации и вывода АЭС, но связанные с ними уровни радиации низкие.

Ежегодное количество радиоактивных отходов, образующихся при использовании радиоактивных материалов в медицине, промышленности и науке, сравнительно невелико: обычно 0,5 м³ на миллион человек. Этот объем возрастает до 10 м³ на миллион человек в странах с ядерными реакторами. Имеется также определенное количество радиоактивных отходов, образующихся в военном секторе.

Существует Совместная Конвенция по безопасности обращения с отработанным топливом и безопасности обращения с радиоактивными отходами. В ней изложены все аспекты обращения с радиоактивными отходами, включая их транспортировку, размещение хранилищ отходов, функционирование и выведение из эксплуатации предприятий по обращению с радиоактивными отходами, и процедуры отчетности.

Система классификации радиоактивных отходов, принятая в Казахстане (таблица 12.4), в целом совпадает с системами классификации, принятыми в развитых странах.

Таблица 12.4.

Классификация жидких и твердых радиоактивных отходов

Категория отходов	Удельная активность, кБк/кг
Бета-излучающие радионуклиды	Альфа-излучающие радионуклиды (исключая транс- урановые)	Трансурановые радионуклиды
Низкоактивные	менее 10^3	менее 10^2	менее 10^1
Среднеактивные	от 10^3 до 10^7	от 10^2 до 10^6	от 10^1 до 10^5
Высокоактивные	более 10^7	более 10^6	более 10^5

В США, материалы классифицируются как НРО при активности меньше 100 нКи/г; в Великобритании – вещества с активностью излучения альфа-частиц, не превышающей 108 нКи/г и бета-частиц меньше, чем 324 нКи/г.

Низко и среднерадиоактивные отходы представляют опасность в случае попадания непосредственно в организм человека с водой, пищей и через воздух.

Так, при загрязнении водоемов EРН возникает опасность воздействия их на организм человека. Основными путями такого воздействия являются: употребление воды для питьевых целей, а также миграция EРH по пищевым цепочкам, преимущественно с рыбой. Наибольшую практическую значимость при этом представляет радий-226, который может интенсивно аккумулироваться в тканях рыбы.

Поэтому главное требование – это изолирование отходов от окружающей среды (подземные воды, атмосфера) на срок, в течение которого они представляют опасность.

При разработке и реализации проекта хранилища руководствуются принципом, рекомендованного МКРЗ, в соответствии с которым, риск для населения после закрытия хранилища не должен превышать значения граничной дозы в 0,3 мЗв/год (с учетом наиболее вероятных путей эволюции хранилища).

Долгосрочная безопасность пункта захоронения обеспечивается сочетанием благоприятных характеристик выбранной площадки под захоронение, инженерно-технических характеристик проекта, соответствующего вида и состава отходов (установлением лимита содержания долгоживущих радионуклидов), эксплуатационных процедур и мер ведомственного контроля.

Система захоронения отходов должна обеспечивать:

· изоляцию отходов от доступной окружающей среды;

· контроль возможных выбросов радионуклидов, попадающих в доступную окружающую среду;

· постоянное наблюдение за площадкой в течение установленного периода после закрытия пункта захоронения; при этом стандартами МАГАТЭ предусматривается возможность обеспечения безопасности для хранилищ на глубине нескольких десятков метров без принятия активных мер ведомственного контроля.

Дата добавления: 2014-12-25