Естественные источники радиоактивного излучения

Основную часть облучения население Земли получает от естественных источников радиоактивного излучения. Большинство из них таковы, «но избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на ее поверхность из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя путями. Радиоактивные вещества могут находиться вне организма и облучать его снаружи; в этом случае говорят о внешнем облучении. Или же они могут оказаться в воздухе, которым дышит человек, в пище или воде и попасть внутрь организма. Такой способ облучения называют внутренним. Облучению от естественных источников радиации подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит, в частности, от того, где они живут.

Уровень радиации в некоторых местах земного шара, где залегают радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах - соответственно ниже.

Доза облучения зависит, кроме того, от условий жизни людей. Применение некоторых строительных маршалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровень, герметизация помещений и даже полеты на самолетах — все эти сказывается на уровне облучения за счет естественных источников радиации.

Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. В среднем они дают более 5/6 годовой эквивалентной дозы, получаемой населением в основном вследствие внутреннего облучения. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. Рассмотрим вначале некоторые данные о внешнем облучении от источников космического происхождения.

Космические лучи. Естественный радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. 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.

Нет такого места на Земле, куда бы не падали невидимые космические лучи. Но одни участки земной поверхности более подвержены их действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного ноля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические лучи.

Существеннее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эквивалентную дозу около 300 мкЗв/год; для людей же, живущих выше 2000м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше.

Еще более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с высоты 4000м (максимальная высота, на которой расположены поселения людей: деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12 000м (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 20 000м (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше.

При перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир обычного турбореактивного самолета получает дозу около 50 мкЗв, а пассажир сверхзвукового самолета на 20% меньше, хотя подвергается более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелет занимает гораздо меньше времени.

Земные радиоактивные источники излучения. Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли — это калий-40, ру6идий-Я7 и изотопы двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 — долгоживущих изотопов, входящих в состав Земли с самого ее рождения.

Разумеется, 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. Мощность эквивалентной дозы естественного радиоактивного фона на Земле составляет в среднем 1мЗв/год, или около 0,12мкЗв/час. Для сравнения укажем, что просмотр одного хоккейного матча по телевизору дает дозу около 0,01мкЗв.

Согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95% населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Некоторые группы населения получают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 мЗв/год, а примерно 1,5% — более 1,4мЗв/год.

Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Например, на небольшой возвышенности, расположенной в 200 км от Сан-Паулу в Бразилии, уровень радиации в ЯОО раз превосходна средний и достигает примерно 251 мЗв/год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте Гуарапари с населением примерно 12000 человек, расположенном в 600км к востоку от этой возвышенности.

Каждое лето Гуарапари становится местом отдыха примерно 30000 курортников. На отдельных участках его пляжей зарегистрирован уровень радиации 175 мЗв/год. Радиация на улицах города намного ниже — от 8 до 15 мЗв/год, ио все же значительно превышает средний уровень.

Сходная ситуация наблюдается в рыбацкой деревушке Меаипе, расположенной в 50 км к югу от Гуарапари. Оба населенных пункта стоят на песках, богатых торием.

Территории в Бразилии и Индии — наиболее хорошо изученные «горячие точки» нашей планеты. Но в Иране, например в районе городка Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации 400 мЗв/год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

Значительно 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 и полония, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, потребляющие мною рыбы и других даров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения.

Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя (карибу), в котором радиоактивные изотопы свинца я полония присутствуют в довольно высокой концентрации- Особенно велико содержание полония-210. Эти изотопы попадают в организм оленей зимой, когда они питаются лишайниками, в которых накапливаются оба изотопа. Дозы внутреннего облучения человека от полония-210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень.

В другом земном полушарии люди, живущие в Западной Австралии в местах с повышенной концентрацией урана, получают дозы облучения, в 75 раз превосходящие средний уровень, поскольку едят мясо и требуху овец и кенгуру. Прежде чем попасть в организм человека, радиоактивные вещества, как и в рассмотренных выше случаях, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника.

В другой части земного шара на юго-западе Индии 70000 человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55км, вдоль которой также тянутся пески, богатые торием.

Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8мЗв/год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7мЗв/год. Около шестидесяти человек получают годовую дозу, превышающую 17мЗв/год, что существенно превышает годовую дозу внешнего облучения от земных источников радиации.

В случае же источников техногенного (антропогенного) происхождения следует учитывать, что, во-первых, процент техногенного облучения населения всей Земли намного меньше, чем естественного облучения, а во-вторых, здесь уже вмешиваются проблемы несколько иного плана – это экономико-энергетическая проблема.

То есть, других более реальных проектов по эффективной энергоотдаче в настоящее время нет, и атомная энергетика является единственным пока действительно вероятностным и экономически обоснованным вариантом из всех предлагаемых. Хотя это и не оправдывает и не освобождает, конечно же, от огромной ответственности при эксплуатации и разработке подобных проектов.

В случае атомных испытаний думается, что излишняя нервозность неуместна тоже. Реалии сегодняшней жизни предполагают активное накопление знаний, а атомные испытания есть необходимый и уникальный инструмент для изучения и познания, к примеру, в геологии (науках о Земле) - на сегодня сейсморазведка не располагает другим равносильным инструментом.

В аспекте вероятностной характеристики опасности техногенных источников излучения наиболее опасными (в смысле, намного более распространенными) являются вовсе не вышеуказанные атомные аварии или испытания.

В тени остаются куда более реальные источники опасности - это например, медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Во многих странах этот источник ответственен практически за всю дозу, получаемую от техногенных источников радиации. Радиация в медицине используется как в диагностических, гак и в лечебных целях (рентгеновский аппарат, лучевая терапия).

Конечно же, нельзя утверждать, что радиация безопасна, но нельзя кидаться и в другую крайность - радиофобию.

В принципе облучение больного 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.

Было бы неверным рассматривать этот вопрос только с медицинской точки зрения, т.е. по отношению только к человеку. Человек является неотъемлемой частью природных экосистем, и помимо него в круговоротах вещества и энергии задействовано множество других живых существ, неживых объектов.

Вообще, техногенные источники радиации представляют собой в отношении окружающей среды (не человека) крайне негативное явление. Неизбежное распространение технологий с применением радиоактивных материалов ведет к все более увеличивающемуся давлению на природные экосистемы.

Радиоактивное заражение возникает в результате выпадения радиоактивных веществ (РВ) из облака ядерного взрыва. Основные источники радиоактивности при ядерных взрывах: продукты деления веществ (200 радиоактивных изотопов, 36 химических элементов); наведенная активность, возникающая в результате воздействия потока нейтронов ядерного взрыва на некоторые химические элементы, входящие в состав грунта (натрий, кремний и др.).

К ионизирующим излучениям могут быть отнесены электромагнитные колебания с небольшой длиной волны, рентгеновские лучи и у-излучение, а также потоки а- и Р-частиц (электронов), протонов, позитронов, нейтронов и других заряженных и нейтральных частиц.

а - излучение- представляет собой поток ядер гелия, обладающих большой скоростью 20000 км/с и движутся прямолинейно. Они образовываются при радиоактивном распаде ядер или ядерных реакциях. В настоящее время известно более 120 а - радиоактивных ядер, которые испуская а — частицу теряют 2 протона и 2 нейтрона. Альфа-излучение отклоняется электрическим и магнитным полями, обладает высокой ионизирующей и малой проникающей способностью (например, поглощается слоем алюминия толщиной примерно 0,05 мм.).

Энергия а — частиц не превышает несколько МЭВ (мега-электрон-вольт) излучаемые а частицы движутся практически прямолинейно со скоростью примерно 20000 км/с.

Под длиной пробега частицы в воздухе или других средах принято называть наибольшее расстояние от источника излучения, при котором ещё можно обнаружить частицу до ее поглощения веществом. Длина пробега частицы зависит от заряда, массы, начальной энергии и среды, в которой происходит движение.

Длина пробега а - частиц в воздухе не менее 10 см. В воде или в мягких тканях человеческого тела, плотность которых составляет несколько десятков микрометров. За счет свой большой массы при взаимодействии с веществом а — частицы быстро теряют свою энергию.

Это объясняет их низкую проникающую способность и высокую удельную ионизацию. При движении в воздушной среде а — частица на 1 см. своего пути образует несколько десятков тысяч пар заряженных частиц ионов.

Альфа - частицы, проходя через вещество и сталкиваясь с атомами, ионизируют (заряжают) их, выбивая электроны. В редких случаях эти частицы поглощаются ядрами атомов, переводя их в состояние с большой энергией. Это избыточная энергия способствует протеканию различных химических реакции, которые без облучения не идут или идут очень медленно. А - излучение производит очень сильное действие органические вещества, их которых состоит человеческий организм (жиры, белки и углеводы). На слизистых оболочках это вызывает ожоги и другие воспалительные процессы.

Бета-излучение - представляет собой поток электронов или позитронов, возникающих при радиационном распаде. В настоящее время известно около 900 р - радиоактивных изотопов.

Под действием бетта излучений происходит радиолиз (разложение) воды, содержащейся в биологических тканях, с образованием водорода, кислорода, пероксида, водорода Н2О2, заряженных частиц ионов. ОН и НО₂ продукты разложения воды обладают окислительными свойствами и вызывают разрушение многих органических веществ, из которых состоят ткани человеческого организма.

Бета излучение отклоняется электрическим и магнитным полями. Его ионизирующая способность значительно меньше (примерно на два порядка), а поглощающая, гораздо больше (поглощается слоем алюминия толщиной примерно 2 мм), чем у альфа-частиц. Это поток электронов или позитронов. Коэффициент поглощения бета - излучения, которое сильно рассеивается в веществе, зависит не только от свойств вещества, но и от размеров и формы тела, на которое падает бета-излучение.

Гамма излучение – это электромагнитное излучение с очень короткой длиной волны, менее 0,1 нм испускаемое возбужденными атомными ядрами при ядерных реакциях радиоактивных превращений и др.. у- лучи обладают слабой ионизирующей и огромной проникающей способностью. у - лучи
свободно проходят через тело человека без особого ослабления. у- излучение имеет внутриядерное происхождение. Оно возникает при переходе ядра из возбужденного состояния в основное или в
состояние с меньшей энергией.

Если а- частицы не пропускает плотная одежда, то у – кванты не обладают электрическими зарядами и потому свободно проходят через большинство атомов
встречающиеся на их пути. Пути пробега у - квантов в воздухе измеряются сотнями метров, в твердом веществе десятками сантиметров и даже метров.

Проникающая способность гамма - лучей увеличивается с ростом энергии гамма - квантов и уменьшается с увеличением плотности вещества - поглотителя. Гамма-лучи не отклоняются электрическим и магнитным полями, обладают относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью (например, проходит через слой свинца толщиной 5 см). При прохождении через кристаллическое вещество наблюдается дифракция гамма-излучения. Гамма-излучение — это коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны — меньше 10^Л-10 м. Многие радиоактивные процессы сопровождаются излучением гамма - квантов.

В начальный период исследования радиоактивного излучения приходилось иметь дело с проникающим рентгеновским излучением, распространяющимся в воздухе. В качестве количественной меры излучения многие годы применяли результат измерений ионизации воздуха вблизи рентгеновских трубок и аппаратов. Позднее была установлена экспозиционная доза.

Единица экспозиционной дозы — рентген (Р), IP == 2'10⁹пар ионов в 1 см воздуха при атмосферном давлении.

В практической дозиметрии часто применяется мощность
экспозиционной дозы, равная экспозиционной дозе в единицу времени.

Нейтронное излучении представляет собой поток нейтрально заряженных частиц с большой скоростью и большой проникающей способностью.

При воздействии этих лучей на некоторые химические элементы, последние становятся радиоактивными. Распространяясь в среде, нейтроны ионизируют ее, выбивая из атомов электроны и превышая нейтральные атомы в ионы. При воздействии нейтронного излучения живые клетки разрушаются. В организме человека эти разрушения приводят к тому, что человек может заболеть лучевой болезнью.

Все виды излучения могут стать поражающими факторами как при внешнем, так и при внутреннем облучении человека. Внешнее облучение возникает в результате попадания потока частиц в организм извне.

Такое облучение могут создавать технологические установки, содержащие радиоактивные изотопы или ускорители частиц. Воздействие источника внешнего облучения на организм зависит от той энергии, которую несут частицы, величины их свободного пробега, расстояния от источника и его активности, а также времени облучения. Наибольшую опасность представляют источники нейтронного и g-излучения, так как нейтроны и g-кванты обладают наибольшей проникающей способностью.

Внутреннее облучение вызывается попавшими в организм радиоактивными веществами. Наибольшую опасность представляют собой a- радиоактивные источники, поскольку вся энергия излучения поглощается в непосредственной близости от местонахождения источника, принося наибольший вред.

В зависимости от проникающей способности этих частиц при внешнем облучении возможно попадание их на кожу или в более глубокие ткани. Наибольшей проникающей способностью обладают а -лучи и рентгеновские, меньшей – у - лучи.

Влиянию внешнего облучения организм подвергается только в период пребывания человека в сфере воздействия излучения. В случае прекращения радиации прерывается и внешнее воздействие, а в организме могут развиваться изменения - последствия излучения. В результате внешнего воздействия нейтронного излучения в организме могут образовываться различные радиоактивные вещества, например радионуклиды натрия, фосфора и др. Организм в подобных случаях временно становится носителем радиоактивных веществ, вследствие чего может наступить внутреннее его облучение.

Ионизирующее излучение возникает и при работе с различными радиоактивными веществами - естественными (уран, радий, торий) и изотопами. В радиоактивных изотопах ядра атомов нестабильны. Они обладают способностью распадаться, превращаться в ядра других элементов, при этом меняются их физико-химические свойства. Это явление сопровождается испусканием ядерных излучений и называется радиоактивностью, а сами элементы - радиоактивными. Радиоактивный распад характеризуется выделением энергии в виде у-излучения и корпускулярных частиц а-, Р-излучение).

При работе с радиоактивными веществами возможно попадание их внутрь организма через легкие или желудочно-кишечный тракт, а также через неповрежденную кожу. Особенно опасны в этом отношении работы по разработке радиоактивных руд.

Радиоактивное излучение вызывает не только ионизацию воздуха, но приводит к аналогичному процессу в тканях организма, значительно при этом изменяя их. Выраженность возможных биологических сдвигов зависит от проникающей способности излучения, его ионизирующего эффекта, дозы, времени облучения и состояния организма.

Попадая в организм, радиоактивные вещества могут заноситься кровью в различные ткани и органы, становясь источником внутреннего излучения. Особую опасность при этом представляют долгоживущие изотопы, которые на протяжении почти всей жизни пострадавшего могут быть источниками ионизирующего излучения. Выводятся радиоактивные соединения в основном через желудочно-кишечный тракт, почки и органы дыхания.

Разные виды излучения обладают различными свойствами, неодинаковой биологической активностью и поэтому представляют неодинаковой степени опасность для работающих в контакте с ними. Так, при обслуживании рентгеновских аппаратов в медицинских учреждениях и технических лабораториях на работающих возможно воздействие рентгеновских лучей. Рентгеновские лучи являются электромагнитным излучением с очень короткой длиной волны и обладают высокой проникающей способностью.

Ионизирующему излучению могут подвергаться работающие с рентгеновскими и у-лучами при осуществлении у-дефектоскопии на промышленных предприятиях, работающие на ускорительных установках, обслуживающие ядерные реакторы, занятые на разведке и добыче полезных ископаемых и т.д.

Дата добавления: 2014-01-05