КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Фоновое радиационное облучение
Фоновое облучение человека осуществляется естественными и искусственными источниками излучений, содержащимися в окружающей среде и теле человека. Естественными источниками ионизирующих излучений являются космическое излучение, ионизирующее излучение естественно распределенных природных радионуклидов на поверхности Земли, в приземной атмосфере, в продуктах питания, в воде, в организме человека. Эти источники составляют естественный фон излучений, т.е. эквивалентную дозу, природной составляющей фонового облучения человека. Определенный вклад в фоновое облучение вносит так называемый техногенный фон излучения, т.е. естественный фон, измененный в результате деятельности человека. Индустриализация народного хозяйства привела к поступлению в природную среду значительных количеств естественных радионуклидов, извлеченных из земных глубин вместе с углем, газом, минеральными удобрениями, строительными материалами. Увеличивают естественное облучение человека полеты в современных самолетах на значительных высотах. Количественные характеристики каждой составляющей фонового облучения человека рассматриваются в этой главе.
2.5.1. ОБЛУЧЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА, ОПРЕДЕЛЯЕМОЕ ЕСТЕСТВЕННЫМ ФОНОМ ИЗЛУЧЕНИЯ.
Эквивалентная доза природной составляющей фонового облучения формируется за счет внутреннего и внешнего облучения. Дополнительную эквивалентную дозу к естественному и техногенному фонам излучения вносят излучения от искусственных радионуклидов, образующихся при испытаниях ядерного оружия и выпавших на поверхность Земли в виде локальных, тропосферных или глобальных осадков или поступающих отходов предприятий атомной промышленности, атомными электростанциями, предприятиями и учреждениями, работающими с радиоактивными веществами, а также используемые в медицине, науке, техники или сельском хозяйстве. К источникам внешнего облучения организма человека относят: космические лучи; g-излучение радиоактивных веществ, содержащихся в почве; g-излучение радиоактивных веществ, содержащихся в строительных материалах; g-излучение радиоактивных веществ, находящихся в воздухе. Источниками внутреннего облучения являются радиоактивные вещества, попадающие внутрь человеческого организма с воздухом, водой или пищей. Космическое излучение на уровне Земли возникает в результате непрерывного облучения атмосферы потоком ядер атомов. Среди них больше всего ядер атома водорода (протонов) (79%), -частиц (20%), ядер углерода, азота и кислорода (0,78%), других ядер, заряд которых превышает +10 (0,22%). Эти ядра атомов разгоняются в межзвездных электрических полях до скоростей, приближающихся к скорости света, и обладащих громадной энергией (до 1019 эв). Их называют первичными космическим излучением. Не долетая приблизительно 30 км до Земли, большая часть первичного космического излучения взаимодействует с атомами и молекулами атмосферы, как бы фильтруется атмосферой. Толщина такого фильтра эквивалентна 12,5 метрам стали. При взаимодействии с атмосферой возникает так называемое вторичное космическое излучение, состоящее из потоков электронов, позитронов, нейтронов, протонов, мезонов и различного вида фотонов. Уровня земной поверхности достигают главным образом вторичное космическое излучение и некоторая часть первичного (0,05% от суммарного числа частиц). Интенсивность космического излучения на уровне моря такова, что на каждый квадратный сантиметр поверхности и падает одна космическая частица ежесекундно. При этом образуется 1,5-2 пары ионов в 1 мл воздуха. На уровне моря на 1 минуту на человека попадает в среднем 1500-1700 космических частиц. Но эта величина не-постоянная и зависит от атмосферного давления, геомагнитной широты и количество солнечных пятен--источников повышенной солнечной радиации. В таблице 2.14.. и рис. 2.8. приведены данные от интенсивности космического излучения и мощности поглощенной и эквивалентной дозы, от высоты над уровнем моря. Из этих данных, которые рассматриваются как максимальные оценки, следует, что подъем на высоту до 4000 м увеличивает дозу облучения космическими лучами почти в семь раз. Изменение же широты играет незначительную роль, и переход с экватора в умеренные широты и вызывает возрастание дозы лишь на 50%. Изменения интенсивности космических лучей, обусловленные солнечными пятнами, не превышает 12%, наблюдаются редко и являются кратковременными, т.е. мало влияют на среднюю дозу.
Таблица 2.14.. Мощность поглощенной и эквивалентной дозы космического излучения в зависимости от высоты*
* приведены средние значения для двух широт (43 и 55) и двух периодов активности Солнца (минимальной и максимальной).
Рис. 2.8. Радиационное воздействие космического излучения на человека Источниками естественной радиации самой Земли являются радиоактивные вещества, содержащиеся в почве, горных породах, водах и воздухе. Радиоактивные элементы встречаются практически всюду, но в то же время нигде нет значительных очаговых их скоплений. Однако несмотря на такую большую рассеянность и малое процентное содержание радиоактивных элементов, даже в наиболее промышленно пригодных радиоактивных рудах, радия на Земле больше, чем иридия, платины, золота и других элементов. В метровом слое земли на площади в 1 км2находится около 1 грамма радия и 3 тонны урана. Почва более богата радием и торием по сравнением с подстилающей породой, причем более обогащенными являются верхние горизонты почвы. Основными -излучающими элементами, создающими ионизацию над поверхностью земли, являются уран, торий и дочерние продукты распада (среди них особенно выделяются радий), а также естественный радиоактивный изотоп 40К. Содержание некоторых естественных радионуклидов в гидросфере, биосфере, воздухе и почве представлены в таблице 2.15..
Таблица2.15.. Содержание некоторых естественных радионуклидов в гидросфре (г), биосфере (б), воздухе (в) и почве (п)
-излучение радиоактивных веществ, содержащихся в строительных материалах, составляет главную долю внешнего фонового -облучения человеческого организма, так как при одном и том же содержании радиоактивных веществ в почве и строительном материале ионизация в центре комнаты будет выше, чем над поверхностью Земли. Воздух как почва и строительные материалы содержит в небольших количествах естественные радиоактивные вещества. Внешнее облучение от них обусловлено -излучением радона, торона и продуктов их распада. Загрязнение атмосферы этими веществами происходит главным образом в результате диффузии этих газов. В связи с тем, что период полураспада радона Т1/2= 3,82 дня, а период полураспада торона Т1/2= 54,3 сек, подавляющая часть активности в атмосферном воздухе создается радоном. Концентрация радона в среднем составляет над поверхностью земли 1,8*10-3Бк/л, а над поверхностью океана вдали от больших массивов суши 3,7*10-5Бк/л. Радиоактивные вещества, попадая внутрь человеческого организма с воздухом, водой или пищей, становятся во много раз более мощными источниками излучения, чем при внешнем воздействии в тех же количествах. Это связано в тем, что внутри организма большинство радионуклидов концентрируются равномерно во всех тканях тела (так, например, радий, плутоний и стронций концентрируются в костях, иод - в щитовидной железе, уран и полоний - в почках и т.д.); внутренние органы человека лишены защитного рогового слоя кожи, поэтому при попадании внутрь организма -частицы, отличающиеся высокой удельной ионизацией, из безопасных при внешнем облучении становятся опасным видом внутреннего облучения; выведение отложившихся в организме радиоактивных веществ, как правило, происходят медленно, поэтому попав в организм, в отдельных случаях они воздействуют на него почти в течение всей человеческой жизни (например, для радия эффективный период полувыведения Тэффсоставляет около 30-40 лет). К источникам внутреннего естественного фонового облучения человеческого организма относятся относительно короткоживущие естественные радионуклиды углерода 14С и водорода 3Н, получающиеся в результате действия космического излучения (табл. 4.3.) и содержащиеся во всех тканях организма; долгоживущий естественный радиоактивный изотоп калия 40К, содержится в мягких тканях (преимущественно в мыщцах); радон, торон и их дочерние продукты распада, вдыхаемые с воздухом и отлагаются в дыхательных органах; долгоживущий изотоп радия 226Ra и его короткоживущий изотоп 224Ra (ТhX), накапливаются в костях.
Таблица 4.3. Характеристика естественных радионуклидов, полученных под действием космического излучения
В таблице 2.16. приведены значения средней годовой дозы внутреннего облучения от некоторых природных радионуклидов. Таблица 2.16. Среднегодовая поглощенная доза (мкГр) внутреннего облучения различных органов от некоторых естественных радионуклидов
Расчетные значения годовой эффективной эквивалентной дозы от природных источников представлены в таблице 2.17.
Таблица 2.17. Расчетные значения эффективной эквивалентной дозы от природных источников в районах с нормальным фоном
Источниками техногенного фона излучения являются использование каменного угля, природного газа, полеты в самолетах, просмотр цветных телевизоров. Повышение уровня облучения при использовании каменного угля, что при его сгорании образуется значительно больше золы, чем при сгорании любого другого вида топлива. Так современная тепловая электростанция (ТЭС), работающая на угле потребляет 3 млн. т угля на производство 1 ГВт электроэнергии в год и выбрасывает 0,1 млн. т золы в воздух. В каменном угле как и других земных породах, содержатся естественные радионуклиды, в том числе 238U - от 3 до 520 Бк/кг, 232Тh - от 3 до 320 Бк/кг, находящиеся в равновесии со своими продуктами распада, а также 40К - от 0,7 до 70 Бк/кг. В золе угля содержание естественных радионуклидов возрастает примерно в десять раз вследствие исключения органического компонента при его сжигании. Содержание нуклидов в летучих компонентах угольный золы представлены в таблице 2.18.
Таблица 2.18. Средняя концентрация естественных радионуклидов в летучей фракции золы, образующейся при сгорании каменного угля
Естественные радиоактивные изотопы, рессеяваясь в атмосфере, являются источниками дополнительного облучения населения, проживающего в районе расположения ТЭС. Они попадают в организм, главным образом, через дыхательные пути. Выпавшие на поверхность Земли естественные радионуклиды поступают в организм человека с пищевыми продуктами, питьевой водой. Отечественные электростанции, работаюшие на угле с большой зольностью, дают высокое значения выбросов естественных радионуклидов в атмосферу (таблица 2.19.). Таблица 2.19. Выбросы естественных радионуклидов и их содержание в атмосфере в районе расположения ТЭС с мощностью 1 ГВт(109Вт)
Расчетные значения доз внешнего и внутреннего облучения населения страны в районе угольных ТЭС радиусом 20 км и площадью около 100 км2представлены в таблице 2.20
Таблица 2.20. Средние индивидуальные дозы облучения в раойне расположения ТЭС электрической мощностью 1ГВт(эл), мкЗв/год
Ожидаемая эффективная эквивалентная доза, обусловленная выбросом естественных изотопов с ТЭС, работающих на угле, составит 6,2 чел.Зв на 1 ГВт вырабатываемой электроэнергии в год. Облучение человека происходит и в быту при просмотре цветных телевизоров и при полетах в самолетах (табл 2.21). Таблица 2.21. Мощность дозы облучения всего тела при полете в самолете и просмотре цветного телевизора
Вклад техногенного фона излучения невелик и составляет около 1% коллективной дозы, обусловленной естественным фоном излучения.
2.5.2. ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ ЛЮДЕЙ ОТ ИСПЫТАНИЯ ЯДЕРНОГО ОРУЖИЯ.
В период с 1945 года по 1992 год в мире было произведено 2061 ядерное испытание, из них в атмосфере 501 испытание. Испытания в атмосфере завершили: Великобритания в 1958 г., б.СССР - в 1962 г., США - в 1963г., Франция - в 1979г., Китай - в 1980г. В результате в атмосферу попало огромное количество радиоактивных веществ, сфорировавший новый фактор радиационного воздействия на человека. В настоящее время нет ни одного продукта биосферы, где бы не присутствовали радионуклиды бомбового происхождения. Не было бы испытаний ядерного оружия, то искусственные радионуклиды не получили бы такого распространения в природе, как мы это наблюдали в настоящее время. При испытании ядерного оружия в атмосфере около 50% образовавшихся при взрыве радиоактивных веществ выпадает в районе испытаний (в радиусе около 100 км) на земную или водную поверхность. Остальная часть уходит в тропосферу (до 20 км поверхности Земли) и стратосферу (20 до 60 км от поверхности Земли)в виде мелких аэрозольных частиц. В тропосфере радиоактивные вещества находятся около 30 суток, в течение которых они выпадают на землю. В связи с этим наибольшее значение в создании поглощенной дозы имеют изотопы 131I, 140Ba, 89Sr. Из стратосферы радиоактивные вещества выпадают долгое время, в течение 1,5-7 лет и называются глобальными (стратосферными) выпадениями. Дозовые нагрузки от глобальных выпадений определяются долгоживущими продуктами деления - 137Cs, 90Sr, 3H и др. Радионулиды, образовавшиеся при ядерных и термоядерных взрывах, оседают на поверхность земли и являются источниками внешнего и внутреннего облучения организма человека: при вдыхании, с питьевой водой или продуктами питания по цепочкам почва-растительность-человек, почва-растительность-животные-человек. За время испытания ядерного оружия в биосферу поступило следующее количество долгоживущих продуктов 3Н - 2,7*1020Бк (природное содержание трития составляет 5,2*1012), 14C - 2,2*1017Бк (природное содержание - 1*1015Бк), 90Sr - 6*1017Бк, 65Zn - 1,4*1020Бк, 106Rn - 1,2*1019Бк, 187Cs - 9,1*1017Бк, 144Ce - 3*1019Бк, 239Pu - 6,5*1015Бк. В настоящее время основным источником внешнего облучения является 137Cs (Т1/2= 30,2 года) источниками внутреннего облучения 90Sr-90я (Т1/2 = 26,6 года) и 137Cs (Т1/2= 30,2 года). Основные поставщики этих радионуклидов в организм - хлеб, молоко, а для 137Cs - мясо. С водой поступают около 5% этих радинуклидов, а с вдыхаемым воздухом - 1%. Средняя эффективная эквивалентная доза, обусловленная испытанием ядерного оружия, составляет 20-25 мкЗв в год, т.е. на 2-2,5% естественного фона - на открытой местности. В период интенсивных испытаний ядерного оружия 1945-1963 гг. годовая эквивалентная доза на открытой местности достигла 0,66 мЗв, что составляло 50% естественного фона излучения на открытой местности. Снижению дозы облучения от ядерных испытаний способствовало заключения Международного договора о прекращении испытаний ядерного оружия в воздухе и воде, подписанного в 1963 году всеми ядерными странами, кроме Франции и Китая. Активным инициатором заключения такой международной договоренности выступала наша страна.
2.5.3.. ДОЗЫ ОБЛУЧЕНИЯ, СОЗДАВАЕМЫЕ РАДИОАКТИВНЫМИ ВЫБРОСАМИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЯДЕРНОГО ТОПЛИВНОГО ЦИКЛА.
ядерный топливный цикл объединяет предприятия по добыче руды, ее переработки в обогащенное ядерное топливо, производство тепловыделяющих элементов (твэлов), функционирующие предприятия по переработке отработавшего топлива для последующего использования извлеченного делящегося материала, переработка и захоронения радиоактивных отходов, а также транспортировка радиоактивных материалов для обеспечения всех этих стадий. Вблизи урановых рудников и металлургических заводов облучение население связано с поступлением в окружающую среду газообразных, жидких и твердых отходов, содержащих естественные радиоактивные вещества - в основном уран и дочерние продукты его распада. Из рудников вместе с вентиляционным воздухом выбрасывается радон. Образуемые при переработке урановой руды отходы являются основными источниками загрязнения. При 0,2% содержании урана в руде на каждые 200т получаемого урана (это составляет годовую потребность атомной электростанции (АЭС) мощностью 1ГВт) образуется 100000т отходов, которые накапливаются в хвостохранилищах. Принимаются специальные меры для защиты населения от радиоактивных веществ, находящихся в хвостохранилищах, что снижает воздействие их на человека до сотых долей микрозиверта. Значительный вклад в глобальное загрязнение биосфере и глобальное облучение населения всего мира вносят долгоживущие радинуклиды 14C, 85Kr, 3H и 129I, присутствующие в выбросах радиохимических заводов по переработке облученного топлива на конечной стадии ЯТЦ. На конечную стадию ЯТЦ приходится 70-80% отходов 14C и более 99% каждого из трех нуклидов (85Kr,3H, 129I), а на основную стадию - АЭС - остальные 20-30% 14C и менее 1% 85Kr, 3H, 129I. Основная часть отходов ЯТЦ (более 99%) - высокотоксичные отходы. Они тщательно перерабатываются, после чего направляются на хранение. Отработанные твэлы иногда отправляют на захоронение без переработки и извлечения урана и плутония. К более низкоактивным отходам относят фильтры для очистки воды и воздуха от содержащихся радионуклидов, узлы детали, снятые с реактора, загрязненная спецодежда. Из АЭС в окружающую среду после прохождения систем очистки, попадают только газообразные и частично аэрозольные и жидкие отходы. Твердые отходы хранятся не площадках АЭС, а затем направляются на захоронение. К газообразным отходам относятся радиоактивные благородные газы (РБГ) радионуклиды 85К, 85mXe, 87Kr, 88Kr, 133Xe, 135Xe и продукты деления, 41Ar - продукт нейтронной активации 40Ar, содержащегося в воздухе и в охлаждающих реактор воде и газе. Среди аэрозольных выбросов АЭС биологически значимыми являются: 3H, 7B, 14C, 22Na, 51Cr, 60Co, 90Sr, 99Mo, 106Ru, 131I, 140Ba, 137Cs, 144Ce, 182Ta и др. К жидким относятся пульпы ионообменных смол и фильтроматериалы, средняя удельная активность которых не превышает 3,7*106Бк/кг. После очистки вода используется вновь, а жидкие отходы превращаются в твердые и захораниваются. Твердые радиоактивные отходы АЭС представляют собой отвердевшие жидкие концентрированные отходы, детали оборудования реактора, снятые с эксплуатации (топливные панели, насосы, задвижки, фильтры и т.п.), использованные материалы (ветошь, спецодежда, бумага и т.п.). Их количество зависит от типа реактора, но не превышает 2000 м3/(ГВт*год), несколько процентов от этого объема составляют отходы средней и высокой удельной активности общим количеством до 3,7*102ТБк/(ГВт*год). Изучение радиационной обстановки вблизи АЭС показали, что защитные барьеры и локализирующие устройства этих станций настолько эффективны, что экспериментально измерить дозы обучения населения практически невозможно. Поэтому значения этих доз получают расчетным путем моделей рассеивания радионуклидов в атмосфере и гидросфере. Основная коллективная доза от выбросов АЭС формируется в результате облучения людей, проживающих в зоне до 200-300 км (табл.2.22 и табл.2.23). Сравнение ущерба наносимого здоровью человека, проживающего вблизи угольных топливных циклов (УТЦ). ЯТЦ показывает (табл.2.23), что с учетом концерогенного эффекта химических компонентов выбросов ТЭЦ (летучая зола, сернистый газ, органические концерогены, в особенности безопирен), проживание в близи угольной ТЭС мощностью 1000Вт в сотни раз более опасно, чем проживание вблизи АЭС аналогичной мощности.
Таблица 2.22 Расчетные значения коллективной эффективной дозы облучения газоаэрольными выбросами АЭС, чел*Зв/(ГВт*год)
Таблица 2.23 Сравнительная оценка общего ущерба здоровью от ядерного и угольного (ЯТЦ и УТЦ) топливных циклов, относимая к выработке 1ГВт*год
* - Без учета возможного ущерба здоровью от нераковых заболеваний, вызываемых не концерогенными компонентами выбросов ТЭС (SO2, NO2, ртуть, свинец, кадмий и др.)
2.5.4.. ОБЛУЧЕНИЕ В МЕДИЦИНСКИХ ЦЕЛЯХ.
Использование ионизирующих излучений в медицинских целях обусловлено возможностью раннего обнаружения ряда заболеваний и повышение эффективности борьбы с раковыми заболеваниями. В настоящее время в дозу, получаемой человеком при фоновом облучении, наибольший вклад дает облучения населения страны в медицинских целях. В первую очередь это относится к рентгенодиагностическим процедурам. В нашей стране в среднем на одного человека приходится одна рентгенологическая процедура (рентгенография - 0,44, рентгеноскопия - 0,19, флюорография - 0,37). Важность подобных процедур можно видеть на таком примере: своевременное обнаружение воспаления легких при их рентгеноскопии уменьшает число смертельных исходов в 200 раз, при этом вред для здоровья, связано с облучением, ничтожен. Дозы облучения населения страны при рентгенодиагностических обследованиях приведены на рисунке 2.9. Определено, что эквивалентные поглощенные дозы в различных органах и тканях в результате рентгенодиагностических процедур лежат в диапазоне 0,01-50 мЗв на одно обследование. При обследовании грудной клетки поглощенные дозы близки к минимальным и составляют при одном сеансе рентгенографии на гонады (половые органы), 1*10-4-4,5 мЗв и 0,06-0,1 мЗв на красный костный мозг Более высокие дозы наблюдаются при рентгенографии желудочно-кишечного тракта, тазобедренного сустава, поясничного отдела позвоночника, (0,04-36 мЗв на гонады). Среднегодовые индивидуальные облучения от рентгенологических процедур составляет в нашей стране 1,7 и 1,4 мЗв для красного костного мозга и желудочно-кишечного тракта, доза облучения гонад 0,35 мЗв. Рис.2.9 Дозы полученные от естественного радиационного фона и различных искусственных источников излучения. Эквивалентная доза, получаемая организмом в целом или костным мозгом, усреднена для всего населения и выражена в 10-2мГр/год (слева) и процентах (справа).
В заключении главы отметим, что техногенная деятельности человека, использование энергии и тепла от электростанций, работающих на природном топливе, испытание ядерного оружия и медицинское обследование дают значительную добавку к величине естественного (природного) фона облучения (рис. 2.9).
Дата добавления: 2015-07-02; Просмотров: 1892; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |