Радиоактивные ряды: понятие, основные до­черние радионуклиды

Земное ионизирующее излучение.

Естественные источники ионизирующего излучения земного происхождения представлены радионуклидами 2 групп:

А. Радионуклиды, входящие в радиоактивные ряды - см. вопрос 15.

Б. Радионуклиды, не входящие в радиоактивные ряды - эта группа состоит из 11 долгоживущих радионуклидов (период полураспада от 10⁷ до 10¹⁵ лет), наибольший вклад в формирование эффективной дозы из них вносят:

а) Калий-40 - ядро претерпевает бета-распад, период по­лураспада 1,32*10⁹ лет, является бета- и гамма-источни­ком облучения, занимает 2 место как источник излучений, обусловливающих природный радиоактивный фон. В при­роде К-40 всегда сопутствует стабильному К-39 (доля К-40 - около 0,01%), формируя годовую эффективную дозу за счет внешнего облучения 0,12 мЗв и 0,18 мЗв за счет внутрен­него облучения.

Калий-40 часто обусловливает активность поверхностного слоя почвы, равную 1-2 Ки/км². Активность растительного покрова Земли по К-40 равна (0,5-1)*10^-8 Ки/кг сырого веса. Активность пищевых продуктов по К-40 составляет 10^-9 Ки/кг сырых продуктов. Наибольшая активность К-40 регистрируется в клюкве, орехах, фасоли, картофеле.

Из почвы К-40 поступает в растения, а затем с пищей в ор­ганизм животных и человека; он практически полностью всасывается из ЖКТ и равномерно распределяется в органах и тканях. Радиоактивные изотопы калия поступают в орга­низм и с водой. Т_б калия составляет 58 суток.

Суточная потребность человека в калии около 3 г, т.е. в ор­ганизм может поступать и значительное количество К-40

б) Рубидий-87 - ядро претерпевает бета-превращение, пе­риод полураспада 4,8*10¹⁰ г, входит в состав продуктов деления урана. При пероральном поступлении практически полностью всасывается из желудочно-кишечного тракта и равномерно распределяется в органах и тканях. Т_б из мяг­ких тканей человека составляет 44 суток.

Средняя доза облучения от естественных источников.

Источник	Глобальная средняя годо­вая эффективная доза, мЗв
Внешнее облучение: а) космическое облучение б) гамма-излучение земного происхождения	0,4 0,5
Внутреннее облучение: а) вдыхание (главным образом радона) б) поступление с пищей	1,2 0,3
Всего	2,4

Радиоактивный ряд - это последовательность радио­нук­лидов, образующихся в результате альфа- или бета-рас­пада предыдущего элемента. Наиболее долгоживущие изо­топы назы­ваются начальными для каждого из радиоактив­ных рядов. Вклад радиоактивных рядов в формирование го­довой эф­фективной дозы облучения: 1,5 мЗв/год.

Существует 4 радиоактивных ряда:

1) ториевый ряд - наиболее долгоживущий изотоп - то­рий-232 (Th-232), период полураспада - 1,4*10¹⁰ лет;

2,3) 2 урановых ряда - наиболее долгоживущие изо­топы - уран-238 (U-238), период полураспада - 4,5*10⁹ лет и уран-235 (U-235), период полураспада - 7*10⁸ лет;

4) нептуниевый ряд - наиболее долгоживущий изотоп – нептуний-237 (Np-237), период полураспада - 2,2*10⁶ лет.

В настоящее время Th-232 почти весь сохранился, U-238 распался лишь частично, а U-235 распался большей частью, Np-237 рас­пался почти весь. В процессе превращения этих элемен­тов в ка­честве промежуточных продуктов распада об­разу­ются радиоак­тивные изотопы радия, радона, полония, висмута, свинца, которые формируют значительную дозу облучения че­ла.

Уровни земной радиации неодинаковы для разных мест зем­ного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры. Содержание радионук­лидов повы­шено в породах вулканического происхождения (гранит, ба­зальт), меньше радионуклидов в осадочных поро­дах (известняк, песчаник). Наиболее высокие уровни земной радиации наблю­даются на пляжах Бразилии, на юго-западе Индии, где есть богатые торием пески (монаци­товые пески). Места с высоким уров­нем радиации есть во Фран­ции, в Ни­герии, на Мадагаскаре. Повышено содержание радио­нукли­дов уранового ряда в Скандинавских странах и Англии.

Глобальная средняя эффективная доза внешнего облу­чения, которую человек получает за год за счет гамма-излу­чения зем­ного происхождения, составляет 0,5 мЗв.

Продукты распада урана и тория по пищевым цепочкам, а также с воздухом и водой поступают в организм человека, обу­словливая внутреннее облучение. При пероральном поступ­лении радиоактивных элементов важно учитывать их раствори­мость и, соответственно, коэффициент всасывания.

Наибольшее значение в формировании дозы внутрен­него облучения имеют Ra-226, Rn-220, Po-210 и Pb-210.

а) Радий-226 (Ra-226) - претерпевает альфа-распад с образованием Rn-222, период полураспада - 1620 лет; широко распространен в природе, может поступать в орга­низм через ЖКТ, органы дыхания и неповрежденную кожу. Его источником для человека в основном служат зерновые культуры и хлеб, ку­риные яйца; депонируется в костной ткани, из которой вы­водится с T_б, равным 17,13 лет (Т_б – время, в течение кото­рого из организма выводится поло­вина введенного вещества).

б) Радон - 222 (Rn-222) - претерпевает альфа-распад с образованием Ро-218, период полураспада - 3,8 суток; вносит основной вклад в естественную радиоактивность атмосфер­ного воздуха и уровни облучения человека за счет естественных источников радиации. В организм радон и ко­роткоживущие про­дукты его распада поступают в основном через органы дыха­ния, а также через ЖКТ (при питье радо­новой воды и т.д.) и че­рез кожу (при приеме радоновых ванн). Выведение Rn из организма осущ-ся ч/з легкие.

в) Полоний-210 (Po-210) - подвергается альфа-рас­паду с образованием стабильного Pb-206, период полурас­пада - 138,38 сут. Повышенное поступления полония в орга­низм наблюдается в регионах, где человек потребляет пищу морского происхожде­ния, питается мясом северных оленей, а также у курящих. Из организма выводится с T_б 80 сут.

г) Свинец(Pb-210) - подвергается бета-превращению (электронный распад) с образованием Bi-210, период полу­рас­пада 22,3 года; элемент остеотропен, его обмен связан с обме­ном Са и фосфора; из организма выводится с T_б, рав­ным 12 - 10000 сут; один из источников появления в орга­низме Po-210.
45. Радон и уровни облучения населения радоном. Оп­ти­мизация дозовых нагрузок, создаваемых радоном.

Радон - это бесцветный, невидимый, не имеющий вкуса и запаха инертный газ, примерно в 7,5 раза тяжелее воз­духа; об­разуется в процессе радиоактивного распада радио­нуклидов урановых и ториевого рядов. Существует три есте­ственных (природных) изотопа радона:

- радон-222 (Т_1/2 - 3,8 дня; ряд распада U -238),

- Rn-220 или торон (Т_1/2 - 55 секунд; ряд распада Th-232),

- Rn-219 или актинон (Т_1/2 -4 секунды; ряд распада U-235).

Все изотопы радона являются альфа-излучателями; даль­нейший распад их дочерних продуктов сопровождается испуска­нием альфа- и бета-частиц. Большая часть радона и торона фи­зически связана с материалом, в котором нахо­дятся их предше­ственники. Однако некоторая часть может диффундировать от места образования в другую среду. Из-за относительно боль­шого периода полураспада радон-222 может диффундировать на большие расстояния (в пределах нескольких метров). Миграция актинона ограничивается не­сколькими миллиметрами и обычно он не достигает поверх­ности материала. Небольшая часть то­рона может выделяться и мигрировать в пределах нескольких сантиметров. Поэтому, за исключением богатых торием мест, концентрации ра­дона-219 и 220 пренебрежимо малы, по сравнению с радоном-222.

Основные источники радона: грунт, строительные мате­риалы, грунтовые воды, природный газ, уголь, рудники, от­валы, образующиеся при добыче фосфорных удобрений, растения, геотермальные электростанции, предприятия ядерного топлив­ного цикла. Главный источник поступления радона в атмосферу - почва и грунтовые породы.

Средние конц-ии радона в почвенном воздухе на не­сколько порядков выше его конц-ий в атмосферном воз­духе, вследствие чего происходит постоянное выделение почвенного радона в ат­мосферу путем диффузии. После вы­хода газа в окружающую водную или воздушную среду дальнейшее перемещение проис­ходит за счет диффузии, конвекции и геомеханических сил.

Факторы, влияющие на процесс попадания радона в воздух из почвы: а) снижающие интенсивность эксгаляции ра­дона: дождь, снег, мороз, повыш. атмосферного давле­ния (по­этому в почве радона больше зимой и в периоды до­ждей)

б) усиливающие интенсивность эксгаляции радона: повы­шение температуры, увеличение скорости ветра

Перенос и рассеяние радона в воздухе зависят от:

а) вертикального градиента температур

б) направления и силы ветра

в) турбулентности воздуха.

В результате процессов температурной конвекции и дейст­вия ветров в атмосфере происходит турбулентная диффузия, эффективно рассеивающая радон. Суточный максимум конц-и наблюдается в ночные часы, когда атмосфера наименее под­вижна, а минимум наблюдается днем, когда вертикаль­ное сме­шивание благодаря турбулентной диффузии макси­мально. На высоте нескольких метров от земли конц-я Rn падает уже в де­сятки раз.

С геологической точки зрения более 40 % территории РБ являются потенциально радоноопасными.

Наиболее потенциально радоноопасные терри­то­рии:

а) на юге - зоны, связанные с Микашевичско-Житкович­ским горстом и выступами Украинского кристалличе­ского щита

б) на западе республики - территория, связанная с Бе­лорус­ским кристаллическим массивом.

Содержание радона в почвенном воздухе зон активных раз­ломов возрастает до 15,0-20,0 кБк/м³ (при среднефоно­вых кон­центрациях около 1,0 кБк/м³). В г. Минске эти раз­ломы соз­дают серьезную опасность радонового загрязнения воздуха жи­лых и производственных помещений.

Обычная концентрация радона в домах 30 Бк/м³, в от­дель­ных случаях она достигает в воздухе жилых помещений 400 Бк/м³ (напр Дзержинский р-н). Инди­видуальные дозы облучения легких при этом могут дос­тигать 20-30 мЗв/год.

Радон и продукты его распада появляются внутри поме­ще­ний вследствие их эксгаляции из стен, потолков, полов. Более радиоактивные материалы: фосфогипс, газобетон с квасцовым глинистым сланцем и отвалы урановых рудников, материалы с низкой активностью: дерево, природный гипс, песок и гравий.

В новых помещениях среднегодовая эквивалентная рав­но­весная концентрация Rn должна быть не выше 70 Бк/м³.

В РБ в соответствии с НРБ-2000 предусмотрено:

- при проектировании новых зданий жилищного и обще­ст­венного назначения среднегодовая эквивалентная равно­весная объемная активность дочерних продуктов радона и торона в воздухе помещений не должна превышать 100 Бк/м³, а мощность эффективной дозы гамма-излучения не должна превышать мощ­ность дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/ч

- в эксплуатируемых зданиях среднегодовая эквива­лентная равновесная объемная активность дочерних продук­тов радона и торона в воздухе жилых помещений не должна превышать 200 Бк/м³. При более высоких значениях объем­ной активности должны проводится защитные мероприятия, направленные на снижение поступления радона в воздух помещений и улучшение вентиляции помещений. Защитные мероприятия должны прово­дится также, если мощность эф­фективной дозы гамма-излучения в помещении превышает мощность дозы на открытой местности более чем на 0,2 мкЗв/ч.

Радон, содержащийся в воде, нередко бывает значи­тельным источником радона и продуктов его распада в воз­духе жилых и производственных помещений. При кипячении воды основная масса радона улетучивается.

Концентрация радона в ванной комнате в 40 раз выше, чем в жилых комнатах.

Основные источники радона в помещениях: трещины в пли­тах фундамента, поры в кирпичных стенах, трещины в строи­тельных блоках, неполная изоляция грунта, плохое цементирование блоков, плохая гермети­зация труб, от­кры­тый верх фундамента, строительные мате­риалы, вода.

Суммарно концентрация радона в воздухе жилых поме­ще­ний зависит от четырех факторов:

- активной и пассивной диффузии радона из грунта ч/з фундамент и поверхности подвальных помещений зда­ний

- эксгаляции радона из строительных материалов и из­делий, из которых построено здание

- эксгаляции радона из воды и газа

- влияния климата, образа жизни, степени вентиляции.

Меры, направленные на снижение концентрации радона в воздухе помещений (оптимизация дозовых нагрузок):

- тщательная изоляция жилых помещений от почвы и грунта (герметичный бетонный цоколь)

- изоляция стройматериалов (обычная покраска и ок­леива­ние стен обоями)

- улучшение вентиляции жилых помещений и активная вен­тиляция погребов

- регулярная влажная уборка

- использование материалов, отвечающих требованиям ра­диационной безопасности.

Дозы облучения за счет радона.

Дата добавления: 2015-04-23