Воздействие радиации на живые организмы

Разумеется, такие результаты мутаций, в том  числе и смертность от наследственных дефектов — так называемая генетическая смерть (смерть особи, которая могла  бы дожить до более позднего возраста, если бы не имела генетически предопределенного  дефекта), наблюдались задолго до того, как люди начали строить ядерные  реакторы и применять атомное  оружие. Мутации могут быть вызваны  космическими лучами, а также естественным радиационным фоном.

Установлено, что не существует минимального уровня радиации, ниже которого мутации не происходят. Общее количество мутаций, вызванных ионизирующим излучением, пропорционально численности населения  и средней дозе облучения. Если, например, каждый житель миллионного города получит  в результате локального радиоактивного заражения дозу 10 Р, то суммарное число случаев генетической смерти будет таким же, как у 2 млрд. людей, каждый из которых получил дозу 0,005 Р. Но в пределах одного города вероятность проявления рецессивных мутаций гораздо выше, нежели в случае, когда та же доза распределена на большее число людей.

Одно из последствий испытаний ядерного оружия, использования радиоизотопов и работы атомных энергетических установок заключается в повышении уровня радиационного фона. Это в свою очередь вызывает увеличение числа генетических мутаций, которые в большинстве своем вредны и в будущем могут привести к смерти или стерилизации соответствующего числа человеческих особей. Кроме того, при повышении уровня радиационного фона возрастает вероятность нарушения хода беременности, рождения мертвых или неполноценных детей.

Например, мутации, которые вызвала радиация от ядерных испытаний в бывшем Советском Союзе, передались по наследству детям и внукам пострадавших. Уровень генетических мутаций у жителей в районе Семипалатинска в полтора-два раза выше, чем у людей в других районах Казахстана. Об этом свидетельствуют результаты исследований международной группы ученых из Великобритании, Финляндии и самого Казахстана. Похожие проблемы переживают местности, которые были заражены после аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году.

Юрий  Дуброва, генетик из британского  университета, обследовал состояние  трех поколений людей, которые проживают  в Семипалатинске, Казахстан, недалеко от бывшего полигона. Именно там  была испытана первая советская ядерная  бомба, а радиоактивные осадки от последующих взрывов основательно отравили местность.

Результаты  анализов крови и генетических материалов ученые сравнили с данными, которые  они получили в Финляндии и  Британии. Им предстояло выяснить, насколько  мутации от радиации передаются по наследству. К сожалению, ученые констатируют, что радиация первых ядерных испытаний  дотянулась через поколения до внуков тех, кто пережил эти взрывы.

Однако  год от года количество мутаций все  же уменьшается. Детям повезло больше чем отцам и матерям, внуки  же пострадали еще меньше.

На семипалатинском  полигоне с 1949-го по 1989 год было проведено  более 400 взрывов. Полтора года назад, судя по исследованиям японских ученых, уровень радиации в этой зоне в 600 раз превосходил норму и соответствовал радиационному фону в Хиросиме сразу  после атомного взрыва.

Полезные  мутации

Мутации, вызванные действием радиации на репродуктивные органы человека, приносят людям только страдания и горе. Но в растительном мире некоторые  мутации оказались полезными. Задолго  до того, как было установлено, что  радиация способствует возникновению  мутаций, ученые уже наблюдали мутантов с новыми положительными качествами, такими, как высокая урожайность  или устойчивость к болезням. Такие  мутанты выделяли, отбирая экземпляры из второго поколения.

Воздействие радиации дало новый толчок развитию селекционной генетики. Принципиальную возможность искусственно вызывать мутации доказывают мутанты, найденные  в горах на больших высотах  — они могли возникнуть под  влиянием космических лучей. Сегодня  ученым уже не приходится ждать, когда  произойдут те или иные самопроизвольные мутации, —они умеют вызывать мутации в лабораторных условиях. Если принять, что новый вид появляется один раз в сто лет, то можно констатировать, что радиация увеличивает вероятность его возникновения в сто раз, т. е. новый вид можно получить за год.

Радиоактивное излучение вызывает изменения в  структуре нуклеопротеидов и  белков, замену нуклеиновых кислот и полисахаридов, изменяет обмен  веществ, что в конце концов приводит к возникновению сортов, отличных от исходного. Новые особи — мутанты — имеют расшатанную наследственность, поэтому некоторые из них представляют собой удобный материал для дальнейшей целенаправленной селекционной работы. Таким путем удается вывести растения, отличающиеся большей урожайностью, меньшим сроком созревания, повышенной устойчивостью к неблагоприятному климату (например, становится возможным выращивать зерновые в горной местности) и различным болезням.

Прежде  чем использовать искусственные  источники радиации в целях селекции сельскохозяйственных культур, необходимо изучить все данные, касающиеся количества и характера генетических и физиологических  изменений, которые вызывает у растений искусственное облучение; выяснить все факторы, влияющие на чувствительность растений к различным видам излучения; установить, какие биологические, физиологические  и генетические изменения возникают  под действием отдельных видов  излучения. Зная все это, можно получить точную информацию о генетических изменениях и их формах и использовать ее в  сложной селекционной работе.

Таким образом, главная задача выпадает на долю селекционера, который должен путем трудоемких, годами длящихся экспериментов терпеливо  классифицировать облученные семена. Из них он выращивает новые поколения  растений; затем, отобрав несколько  семян, на которые радиация повлияла благоприятно, может, наконец, вывести  новый сорт с улучшенными (с нашей, экономической точки зрения) свойствами.

При таких  экспериментах приходится исследовать  огромное количество экспериментального материала. Иногда полученные результаты требуют статистической обработки. Например, один американский селекционер, желая вывести новый сорт арахиса, облучил 40 кг орехов. Он наблюдал тысячи экземпляров этого растения и в конце концов получил экземпляры со значительно более высокой урожайностью, пригодные для механизированного сбора и устойчивые против опасной болезни арахиса — так называемой пятнистости листьев.

Нормы радиоактивности

 В отношении  радиоактивность существует большое  число норм. Основные нормы, установленные  в России, прописаны в Федеральном  законе №3-ФЗ от 05.12.1996 г «О радиационной  безопасности населения» и в  Санитарных правилах 2.6.1.1292-03 «Нормы  радиационной безопасности». 

Для вдыхаемого воздуха, воды и продуктов питание  регламентировано содержание как техногенных (полученных в результате деятельности человека), так и естественных радиоактивных  веществ, которые не должны превышать  нормы, установленные СанПиН 2.3.2.560-96.

В строительных материалах нормируется содержания радиоактивных веществ семейства  тория и урана, а также калия-40, удельная эффективная активность их рассчитывается по специальным формулам. Требования к строительным материалам также указаны в ГОСТ.

В помещениях регламентируется суммарное содержание торона и радона в воздухе: для новых зданий оно должно быть не больше 100 Бк (100 Бк/м3), а для уже эксплуатируемых — менее 200 Бк/м3. В Москве применяются также дополнительные нормы МГСН2.02-97, где регламентируются максимально допустимые уровни ионизирующего излучения и содержание радона на участках застройки.

Для медицинской диагностике предельные дозовые значения не обозначены, однако выдвигаются требований минимально достаточных уровней облучения, чтобы получить качественную диагностическую информацию.

В компьютерной технике регламентируется предельный уровень излучения для электро-лучевых (ЭЛТ) мониторов. Мощность дозы рентгеновского изучения на любой точке на расстоянии 5 см от видеомонитора или персонального компьютера не должна превышать 100 мкР в час.

Крупнейшие радиационные аварии мира

Самые первые в истории крупные радиационные аварии произошли в ходе наработки  ядерных материалов для первых атомных  бомб.

1 сентября 1944 года в США, штат Теннеси,  в Ок-Риджской национальной лаборатории при попытке прочистить трубу в лабораторном устройстве по обогащению урана произошел взрыв гексафторида урана, что привело к образованию опасного вещества – гидрофтористой кислоты. Пять человек, находившихся в это время в лаборатории, пострадали от кислотных ожогов и вдыхания смеси радиоактивных и кислотных паров. Двое из них погибли, а остальные получили серьезные травмы.

В СССР первая тяжелая радиационная авария произошла 19 июня 1948 года, на следующий же день после выхода атомного реактора по наработке оружейного плутония (объект «А» комбината «Маяк» в Челябинской  области) на проектную мощность. В  результате недостаточного охлаждения нескольких урановых блоков произошло  их локальное сплавление с окружающим графитом, так называемый «козел». В  течение девяти суток «закозлившийся» канал расчищался путем ручной рассверловки. В ходе ликвидации аварии облучению подвергся весь мужской персонал реактора, а также солдаты строительных батальонов, привлеченные к ликвидации аварии.

3 марта  1949 года в Челябинской области  в результате массового сброса  комбинатом «Маяк» в реку Теча высокоактивных жидких радиоактивных отходов облучению подверглись около 124 тысяч человек в 41 населенном пункте. Наибольшую дозу облучения получили 28 100 человек, проживавших в прибрежных населенных пунктах по реке Теча (средняя индивидуальная доза – 210 мЗв). У части из них были зарегистрированы случаи хронической лучевой болезни.

12 декабря  1952 года в Канаде произошла  первая в мире серьезная авария  на атомной электростанции. Техническая  ошибка персонала АЭС Чолк-Ривер (штат Онтарио) привела к перегреву и частичному расплавлению активной зоны. Тысячи кюри продуктов деления попали во внешнюю среду, а около 3800 кубических метров радиоактивно загрязненной воды было сброшено прямо на землю, в мелкие траншеи неподалеку от реки Оттавы.

29 ноября 1955 года «человеческий фактор»  привел к аварии американский  экспериментальный реактор EBR-1 (штат  Айдахо, США). В процессе эксперимента  с плутонием, в результате неверных  действий оператора, реактор саморазрушился, выгорело 40% его активной зоны.

29 сентября 1957 года произошла авария, получившая  название «Кыштымская». В хранилище радиоактивных отходов ПО «Маяк» в Челябинской области взорвалась емкость, содержавшая 20 миллионов кюри радиоактивности. Специалисты оценили мощность взрыва в 70-100 тонн в тротиловом эквиваленте. Радиоактивное облако от взрыва прошло над Челябинской, Свердловской и Тюменской областями, образовав так называемый Восточно-Уральский радиоактивный след площадью свыше 20 тысяч кв. км. По оценкам специалистов, в первые часы после взрыва, до эвакуации с промплощадки комбината, подверглись разовому облучению до 100 рентген более пяти тысяч человек. В ликвидации последствий аварии в период с 1957 по 1959 год участвовали от 25 тысяч до 30 тысяч военнослужащих. В советское время катастрофа была засекречена.

10 октября  1957 года в Великобритании в  Виндскейле произошла крупная авария на одном из двух реакторов по наработке оружейного плутония. Вследствие ошибки, допущенной при эксплуатации, температура топлива в реакторе резко возросла, и в активной зоне возник пожар, продолжавшийся в течение 4 суток. Получили повреждения 150 технологических каналов, что повлекло за собой выброс радионуклидов. Всего сгорело около 11 тонн урана. Радиоактивные осадки загрязнили обширные области Англии и Ирландии; радиоактивное облако достигло Бельгии, Дании, Германии, Норвегии.

В апреле 1967 года произошел очередной радиационный инцидент в ПО «Маяк». Озеро Карачай, которое ПО «Маяк» использовало для сброса жидких радиоактивных отходов, сильно обмелело; при этом оголилось 2-3 гектара прибрежной полосы и 2-3 гектара дна озера. В результате ветрового подъема донных отложений с оголившихся участков дна водоема была вынесена радиоактивная пыль около 600 кюри активности. Была загрязнена территория в 1 тысячу 800 квадратных километров, на которой проживало около 40 тысяч человек.

В 1969 году произошла авария подземного ядерного реактора в Люценсе (Швейцария). Пещеру, где находился реактор, зараженную радиоактивными выбросами, пришлось навсегда замуровать. В том же году произошла авария во Франции: на АЭС «Святой Лаврентий» взорвался запущенный реактор мощностью 500 мВт. Оказалось, что во время ночной смены оператор по невнимательности неправильно загрузил топливный канал. В результате часть элементов перегрелась и расплавилась, вытекло около 50 кг жидкого ядерного топлива.

18 января 1970 года произошла радиационная  катастрофа на заводе «Красное  Сормово» (Нижний Новгород). При строительстве  атомной подводной лодки К 320 произошел неразрешенный запуск реактора, который отработал на запредельной мощности около 15 секунд. При этом произошло радиоактивное заражение зоны цеха, в котором строилось судно.

В цехе находилось около 1000 рабочих. Радиоактивного заражения  местности удалось избежать из-за закрытости цеха. В тот день многие ушли домой, не получив необходимой  дезактивационной обработки и медицинской  помощи. Шестерых пострадавших доставили в московскую больницу, трое из них скончались через неделю с диагнозом острая лучевая болезнь, с остальных взяли подписку о неразглашении произошедшего на 25 лет. Основные работы по ликвидации аварии продолжались до 24 апреля 1970 года. В них приняло участие более тысячи человек. К январю 2005 года в живых из них осталось 380 человек.

Семичасовой пожар 22 марта 1975 года на реакторе АЭС  «Браунс Ферри» в США (штат Алабама) обошелся в 10 млн долларов. Все случилось после того, как рабочий с зажженной свечой в руке полез заделать протечку воздуха в бетонной стене. Огонь был подхвачен сквозняком и распространился через кабельный канал. АЭС на год была выведена из строя.