Радиация вокруг нас

1. Радиоактивность (понятие, виды)

    Радиоактивность — это природное явление, когда происходит самопроизвольный распад ядер атомов, при котором возникают излучения.

    По  своей физической природе это  потоки элементарных, быстродвижущихся частиц, входящих в состав атомных  ядер, а также их волновое электромагнитное излучение. Эти излучения имеют  большую энергию. Их общим свойством  является способность ионизировать вещество, среду, в которой они  распространяются: воздух, воду, металлы, человеческий организм и т. д. При  этом нейтральные атомы и молекулы вещества распадаются на пары положительно и отрицательно заряженных частиц —  ионов.

    Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани  — нарушением ее жизнедеятельности. Поэтому радиоактивные излучения  и оказывают на живой организм поражающее действие.Для ионизации  вещества требуется затрата определенной энергии внешних сил. Поэтому, проникая в вещество и ионизируя его, радиоактивное  излучение постепенно теряет свою энергию.

    Ионизирующая способность радиоактивного излучения зависит от его типа и энергии, а также свойства ионизирующего вещества и оценивается удельной ионизацией, которая измеряется количеством ионов этого вещества, создаваемых излучением на длине в 1 см.Чем больше величина удельной ионизации, тем быстрее расходуется энергия излучений, т. е. тем меньший путь пройдет излучение в веществе до полной потери своей энергии. Поэтому чем больше ионизирующая способность излучения, тем меньше его проникающая способность, и наоборот.

    Поражение человека радиоактивными излучениями возможно в результате как внешнего, так и внутреннего облучения. Внешнее облучение создается радиоактивными веществами, находящимися вне организма, а внутреннее — попавшими внутрь с воздухом, водой и пищей. Очевидно, что при внешнем облучении наиболее опасны излучения, имеющие высокую проникающую способность, а при внутреннем — ионизирующую.Считают, что внутреннее облучение более опасно, чем внешнее, от которого нас защищают стены помещений, одежда, кожные покровы, специальные средства защиты и др.Внутреннее же облучение воздействует на незащищенные ткани, органы, системы тела, причем на молекулярном, клеточном уровне. Поэтому внутреннее облучение поражает организм больше, чем такое же внешнее.

    Основные  типы радиоактивных излучений: альфа, бета, нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма-излучения (группа волновых).

    Корпускулярные представляют собой потоки невидимых элементарных частиц, имеющих массу и диаметр. Волновые излучения имеют квантовую природу. Это электромагнитные волны в сверхкоротковолновом диапазоне.

    Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна: длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра. Лист плотной бумаги полностью задерживает их. Надежной защитой от альфа-частиц является также одежда человека.Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

    Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см. На практике бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц. Поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. Так, после Чернобыльской аварии наблюдались бета-ожоги ног за 50—100 км от АЭС (например, в г. Народичи Житомирской области). Поэтому местному населению не рекомендовалось ходить по земле босиком.

    Нейтронное  излучение представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются  ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении. Лучшими; защитными материалами от них являются; легкие водородсодержащие материалы: полиэтилен, парафин, вода и др.

    Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны 10~8—10~и см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц.Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной: воды — 23 см, стали — около 3, бетона — 10, дерева — 30 см.

    Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец, который для этих целей используется наиболее часто.

    Рентгеновские излучения (икс-лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов.Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов; соответственно несколько ниже их проникающая способность. Однако это второстепенные различия. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей являются тяжелые металлы и в частности свинец.

    В последние десятилетия появилась  возможность получать электромагнитные излучения высокой энергии с  помощью ускорителей заряженных частиц. Такое синхротронное излучение  обладает теми же свойствами, что и  рентгеновское и гамма-излучение. 
 

    2. Основные источники радиоактивного загрязнения окружающей среды

    В настоящее время основными источниками  радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:

    урановая  промышленность, которая занимается добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива. Основным сырьем для этого топлива является уран-235. Аварийные ситуации могут возникнуть при изготовлении, хранении и транспортировке тепловыделяющих элементов (твэлов). Однако вероятность их незначительная;

    ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;

    радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива. Они периодически сбрасывают сточные радиоактивные воды, хотя и в пределах допустимых концентраций, но тем не менее в окружающей среде неизбежно могут накапливаться радиоактивные загрязнения. Кроме того, некоторое количество радиоактивного газообразного йода (йод-131) все-таки попадает в атмосферу;

    места переработки и  захоронения радиоактивных  отходов из-за случайных аварий, связанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;

    использование радионуклидов в  народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве и других отраслях. При нормальном хранении и использовании этих источников загрязнение окружающей среды маловероятно. Однако в последнее время появилась определенная опасность в связи с использованием радиоактивных источников в космических исследованиях и астронавтике. При запуске ракет-носителей, а также при посадке спутников и космических кораблей возможны аварийные ситуации. Так, при аварки Челенджера (США) сгорели радионуклидные источники тока, работающие на стронции-90. Также произошло загрязнение атмосферы над Индийским океаном в июне 1969 г., когда сгорел американский спутник, на котором генератор тока работал на плутонии-238. Тогда в атмосферу попали радионуклиды с активностью 17 тыс. кюри

    Вместе  с тем наибольшее загрязнение  окружающей среды все же создает  сеть радиоизотопных лабораторий (которые  имеются в очень многих странах  мира), занимающихся использованием радионуклидов  в открытом виде для научных и  производственных целей. Сбросы радиоактивных  отходов в сточные воды даже при концентрациях, меньше допустимых, с течением времени приведут к постепенному накоплению радионуклидов во внешней среде;

    ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков). Масштабы и уровни радиоактивных загрязнений при этом зависят от типа ядерных боеприпасов, вида взрывов, мощности заряда, топографических и метеорологических условий.

    3. Внешнее облучение  населения

    Радиоактивный  фон,  создаваемый  космическими  лучами (0,3 мЗв/год),  дает  чуть  меньше  половины  всего  внешнего  облучения (0,65 мЗв/год),  получаемого  населением.  Нет  такого  места  на  Земле,  куда  бы  ни  проникали  космические  лучи.  При  этом  надо  отметить,  что  Северный  и  Южный  полюса  получают  больше  радиации,  чем  экваториальные  районы.  Происходит  это  из-за  наличия  у  Земли  магнитного  поля,  силовые  линии  которого  входят  и  выходят  у  полюсов.

    Однако  более  существенную  роль  играет  место  нахождения  человека. Чем  выше  поднимается  он  над  уровнем  моря,  тем  сильнее  становится  облучение,  ибо  толщина  воздушной  прослойки  и  ее  плотность  по  мере  подъема  уменьшается,  а  следовательно,  падают  защитные  свойства.

    Те,  кто  живет  на  уровне  моря,  в  год  получают  дозу  внешнего  облучения  приблизительно  0,3 мЗв,  на  высоте  4000 метров– уже  1,7 мЗв.  На  высоте  12  км  доза  облучения  за  счет  космических  лучей  возрастает  приблизительно  в  25  раз  по  сравнению  с  земной.  Экипажи  и  пассажиры  самолетов  при  перелете  на  расстояние  2400 км получают  дозу  облучения  10 мкЗм (0,01 мЗв  или  1 мбэр), при  полете  из  Москвы  в  Хабаровск  эта  цифра  уже  составит  40– 50 мкЗв. Здесь  играет  роль  не  только  продолжительность,  но  и  высота  полета.

    Земная  радиация,  дающая  ориентировочно  0,35 мЗв/год  внешнего  облучения,  исходит  в  основном  от  тех  пород  полезных  ископаемых,  которые  содержат  калий– 40,  рубидий – 87, уран – 238,  торий  – 232. Естественно,  уровни  земной  радиации  на  нашей  планете  неодинаковы  и  колеблются  большей  частью  от  0,3  до  0,6 мЗв/год. Есть  такие  места,  где  эти  показатели  во  много  раз  выше. 

    4. Внутреннее облучение  населения 

    Внутренне  облучение  населения  от  естественных  источников  на  две  трети  происходит  от  попадания  радиоактивных  веществ  в  организм  с  пищей,  водой  и  воздухом.  В  среднем  человек  получает  около 180 мкЗв/год  за  счет  калия– 40,  который  усваивается  организмом  вместе  с  нерадиоактивным  калием,  необходимым  для  жизнедеятельности.  Нуклиды  свинца– 210,  полония – 210  концентрируются  в  рыбе  и  моллюсках.  Поэтому  люди,  потребляющие  много  рыбы  и  других  даров  моря,  получают  относительно  высокие  дозы  внутреннего  облучения.

    Жители  северных  районов,  питающиеся  мясом  оленя,  тоже  подвергаются  более  высокому  облучению,  потому  что  лишайник,  который  употребляют  олени  в  пищу  зимой,  концентрирует  в  себе  значительные  количества  радиоактивных  изотопов  полония  и  свинца.

    Недавно  ученые  установили,  что  наиболее  весомым  из  всех  естественных  источников  радиации  является  радиоактивный  газ  радон - это  невидимый,  не  имеющий  ни  вкуса,  ни  запаха   газ,  который  в  7,5  раз  тяжелее  воздуха. В  природе  радон  встречается  в  двух  основных  видах:  радон– 222  и  радон – 220.  Основная  часть радиации  исходит  не  от  самого  радона,  а  от  дочерних  продуктов  распада,  поэтому  значительную  часть  дозы  облучения  человек  получает  от  радионуклидов  радона,  попадающих  в  организм  вместе  с  вдыхаемым  воздухом.

    Радон  высвобождается  из  земной  коры  повсеместно,  поэтому  максимальную  часть  облучения  от  него  человек  получает,  находясь  в  закрытом,  непроветриваемом  помещении  нижних  этажей  зданий,  куда  газ  просачивается  через  фундамент  и  пол.  Концентрация  его  в  закрытых  помещениях  обычно  в  8  раз  выше,  чем  на  улице,  а  на  верхних  этажах  ниже,  чем  на  первом.