Радіація існувала задовго до появи людини і супроводжує людину від народження до смерті. Жоден з наших органів почуттів не здатний розпізнавати короткохвильове випромінювання. Для виявлення його людині довелося винайти спеціальні прилади, без яких ніяк не можна судити ні про рівень радіації, ні про небезпеку, яку вона в собі несе.
Історія вивчення радіоактивності
Все живе на нашій планеті виникло, розвивалося і існує в умовах, іноді далеких від сприятливих. На живі організми діють перепади температур, атмосферні опади, рух повітря, зміни атмосферного тиску, чергування дня і ночі і інші фактори. Серед них особливе місце займає іонізуючарадіація, що утворюється за рахунок 25 природних радіоактивних елементів, таких як уран, радій, радон, торій та ін. Природна радіоактивність - це частинки, що летять крізь атмосферу від Сонця і зірок Галактики. Це два джерела іонізуючого опромінення всього живого і неживого.
Рентгенівське, або gamma - випромінювання, являє собою електромагнітні хвилі з високою частотою і надзвичайно великою енергією. Всі види іонізуючого випромінювання обумовлюють іонізацію і зміна опромінюються об`єктів. Вважається, що все живе на Землі пристосувалося до дії іонізуючих випромінювань і не реагує на них. Існує навіть гіпотеза, що природна радіоактивність - це двигун еволюції, завдяки якому виникло таке велика кількість видів, найрізноманітніших за формою і способам життя організмів, оскільки мутації є не що інше, як виникнення нових ознак організму, які можуть привести до появи абсолютно нового виду .
Протягом XVIII-XIX століть, а особливо зараз, природний радіаційний фон на Землі підвищився і продовжує збільшуватися. Причиною стала прогресуюча індустріалізація всіх розвинених країн, в результаті якої при збільшенні видобутку металевих руд, вугілля, нафти, будівельних матеріалів, добрив та інших корисних копалин на її поверхню в великих кількостях надходять різні мінерали, що містять природні радіоактивні елементи. При спалюванні мінеральних джерел енергії, особливо таких, як вугілля, торф, горючі сланці, в атмосферу потрапляє багато різних речовин, у тому числі і радіоактивних. У середині XX століття була відкрита штучна радіоактивність. Це призвело до створення атомної бомби в США, а потім і в інших країнах, а також до розвитку атомної енергетики. Під час атомних вибухів, роботи АЕС (особливо при аваріях), в навколишньому середовищі, крім постійного природного фону, накопичується штучна радіоактивність. Це призводить до появи вогнищ і великих територій з високим рівнем радіоактивності.
Що таке радіоактивність, хто відкрив це явище?
Радіоактивність була відкрита в 1896 році фізиком з Франції А. Беккерелем. Він визначив, що головним джерелом радіаційного опромінення є гамма-випромінювання внаслідок його великої проникаючої здатності. Радіоактивність - це випромінювання, якому постійно піддається людина в результаті впливу природних джерел радіації (космічні і сонячні промені, земне випромінювання). Його називають природним радіаційним фоном. Він існував завжди: з моменту утворення нашої планети і до теперішнього часу. Людина, як і будь-який інший організм, постійно знаходиться під дією природного радіаційного фону. За даними Наукового Комітету ООН з дії атомної радіації (НКДАР), радіоактивне опромінення людини, викликане дією природних джерел радіоактивності, становить близько 83% всієї радіації, отриманої людиною. Решта 17% викликаються техногенними джерелами радіоактивності. Відкриття та практичне застосування ядерної енергії викликало багато проблем. З кожним роком розширюється сфера контактів людства і всього живого з іонізуючим випромінюванням. Вже сьогодні через забруднення грунту і атмосфери радіоактивними продуктами атомної енергетики і експериментальних ядерних вибухів, великого поширення променевого лікування і медичної діагностики, застосування нових будматеріалів радіаційне тиск збільшився більш ніж в два рази.
види радіоактивності
На отримання людиною граничних доз діє штучна і природна радіоактивність. Це процес, який активізує вивчення біологічної дії радіації все більш широким колом осіб. Кожна людина повинна знати, який є зв`язок між потужністю експозиційної дози випромінювання (ПЕД) та еквівалентною дозою опромінення, яка є визначальною для оцінки збитку, заподіяного людині радіацією.
beta - частинки мають енергію приблизно від 0,01 до 2,3 МеВ, рухаються зі швидкістю світла. На своєму шляху створюють в середньому 50 пар іонів на 1 см шляху і не так швидко витрачають свою енергію, як alpha - частинки. щоб затримати beta-- опромінення, потрібно метал товщиною не менше 3 мм.
Природна радіоактивність речовини - це коли alpha - частинки випускаються ядрами і мають енергію від 4 до 9 МеВ. Викинуті з ядер з великою початковою швидкістю (до 20000 км / с), alpha - частинки витрачають енергію на іонізацію атомів речовини, які зустрічаються на їх шляху (в середньому 50 000 пар іонів на 1 см шляху), і зупиняються.
gamma - випромінювання належить до електромагнітного випромінювання з довжиною хвилі менше 0,01 нм, енергія gamma - кванта змінюється приблизно від 0,02 до 2,6 МеВ. фотони gamma - випромінювання поглинаються в одному або в декількох актах взаємодії з атомами речовини. Вторинні електрони іонізують атоми навколишнього середовища. Частково гамма-випромінювання затримується лише товстої свинцевим (товщиною більше 200 мм) або бетонною плитою.
Явище радіоактивності - це випромінювання, що супроводжуються звільненням різної кількості енергії і володіють різною проникаючою здатністю, тому вони роблять різний вплив на організми та екосистеми в цілому. У дозиметрії користуються величинами, які кількісно характеризують радіоактивне властивість речовини і викликані дією радіації ефекти: активність, експозиційна доза випромінювання, поглинена доза випромінювання, еквівалентна доза опромінення. Відкриття радіоактивності і можливість штучного перетворення ядер сприяли розробці методів і техніки вимірювання радіоактивності елементів.
Променева хвороба
Радіоактивність - це випромінювання, яке є причиною променевої хвороби. Розрізняють хронічну і гостру форми цієї хвороби. Хронічна променева хвороба починається в результаті довгого опромінення організму малими (від 1 мЗв до 5 мЗв на добу) дозами радіації після накопичення сумарної дози 0,7 ... 1,0 Зб. Гостра променева хвороба викликається одноразовим інтенсивним опроміненням від 1-2 Зв дозі більше 6 Зб. Виконані розрахунки еквівалентної дози опромінення показують, що дози, які отримує людина в звичайних умовах в місті, на щастя, значно нижче, ніж ті, що викликають променеву хворобу.
Потужність еквівалентної дози, викликаної природним випромінюванням, - від 0,44 до 1,75 мЗв на рік. Під час медичної діагностики (рентгенівські дослідження, променева терапія і т.д.) людина отримує приблизно 1,4 мЗв на рік. Додамо, що в будівельних матеріалах (цеглі, бетоні) в невеликих дозах також присутні радіоактивні елементи. Тому доза опромінення зростає ще на 1,5 мЗв протягом року.
Для фактологічної оцінки шкідливості радіоактивного випромінювання використовують таку характеристику, як ризик. Під ризиком звичайно розуміють ймовірність нанесення шкоди здоров`ю чи життю людини протягом певного відрізка часу (як правило, протягом одного календарного року), розраховуючи його за формулою відносної частоти настання небезпечного випадкової події в сукупності всіх можливих подій. Основним проявом шкоди, заподіяної радіоактивним випромінюванням, є захворювання людини на рак.
Групи радіотоксичності
Радіотоксичність - властивість радіоактивних ізотопів викликати патологічні зміни при надходженні їх в організм. Радіотоксичність ізотопів залежить від ряду їх характеристик і факторів, головними з яких є наступні:
1) час надходження в організм радіоактивних речовин-
2) види радіоактівності-
3) схема радіоактивного розпаду в організмі-
4) середня енергія одного акта распада-
5) розподіл радіоактивних речовин по системам і органам-
6) шляхи надходження в організм радіоактивних речовин-
7) час перебування в організмі радіонукліда-
Всі радіонукліди як потенційні джерела внутрішнього опромінення розподіляються на чотири групи радіотоксичності:
- група А - з особливо високою радіотоксичністю, min активність 1 кБк;
- група Б - з високою радіотоксичністю, min активність не більше 10 кБк;
- група В - з середньою радіотоксичністю, min активність не більше 100 кБк;
- група Г - з малої радіотоксичністю, min активність не більше 1000 кБк.
Принципи нормування радіоактивного впливу
В результаті експериментів на тваринах та вивчення наслідків опромінення людей при ядерних вибухах, аваріях на підприємствах ядерно-паливного циклу, променевої терапії злоякісних пухлин, а також досліджень інших видів радіоактивності були встановлені реакції організму на гостре і хронічне опромінення.
Нестохастические, або детерминистические ефекти мають залежність від дози і проявляються в опроміненому організмі за відносно короткий термін. Зі збільшенням дози опромінення зростає ступінь ураження органів і тканин - спостерігається ефект градуювання.
Стохастичні, або ймовірні (випадкові) ефекти відносяться до віддалених наслідків опромінення організму. В основі виникнення стохастичних ефектів лежать викликані опроміненням мутації та інші порушення в клітинних структурах. Вони виникають як у соматичних (від латинського somatos -тіло), так і в статевих клітинах і призводять до утворення в опроміненому організмі злоякісних пухлин, а у потомства - аномалій розвитку і інших порушень, які передаються у спадок (генетичні ефекти). Прийнято вважати, що порога мутагенного дії радіації не існує, а отже, немає і цілком безпечних доз. При додатковому дії іонізуючого випромінювання як одного з багатьох факторів мутагенезу в дозі 1 сЗв (1 бер) ризик виникнення злоякісних пухлин зростає на 5%, а прояв генетичних дефектів - на 0,4%.
Ризик загибелі людей від додаткового впливу іонізуючого опромінення в таких малих дозах значно менше ризику їх загибелі в самому безпечному виробництві. Але він є, тому дозові навантаження на організм людини строго регламентовані. Цю функцію виконують норми радіаційної безпеки.
НРБУ-97 направлені на недопущення виникнення детермінованих (соматичних) ефектів і обмеження на прийнятому рівні виникнення стохастичних ефектів. Радіаційно-гігієнічні регламенти, встановлені НРБУ-97, побудовані на наступних трьох принципах захисту:
• принцип оправданності-
• принцип непревишенія-
• принцип оптимізації.
Природна радіоактивність: рівні, дози, ризики
Система радіаційного захисту громадян, побудована на результатах медико-біологічних досліджень, коротко формулюється так: ступінь можливого негативного впливу опромінення на здоров`я людини визначає тільки величина дози, незалежно від того, яким джерелом іонізуючого випромінювання вона сформована - природним або штучним. Техногенно-підсилені джерела природного походження відносяться до керованих компонентів сумарної дози, і їх внесок можна зменшити, прийнявши відповідні заходи. Наприклад, для радону в повітрі приміщень і основних доз, які формують джерела, обумовлено дві ситуації опромінення: опромінення у вже експлуатованих будівлях і нових будинках, які тільки здаються в експлуатацію.
Нормативи вимагають, щоб еквівалентна рівноважна активність радону в повітрі (ЕРОА) для будинків експлуатованих не перевищувала 100 Бк / м3, що відповідає величині 250 Бк / м3 в терміні об`ємної активності, який застосовується в більшості європейських країн. Для порівняння, в нових "Основних стандартах безпеки" (BSS) МАГАТЕ референтний рівень для радону визначено в 300 Бк / м3.
Для нових будинків, дитячих установ і лікарень ця величина дорівнює 50 Бк / м3 (або 125 Бк / м3 газу радону). Вимірювання радіоактивності радону, по НРБУ-97, як і за нормативними документами інших країн світу, проводиться тільки інтегральними методами. Ця вимога дуже важливо, тому що рівень радону в повітрі однієї квартири або будинку може змінюватися в 100 разів протягом доби.
Радон - 222
В ході досліджень, які проводилися в Росії в останні роки, були проаналізовані структура і величина існуючих доз опромінення і встановлено, що для населення в приміщеннях головне небезпечна речовина, яке створює радіоактивність, - це радон. Зміст цієї речовини в повітрі можна легко знизити, якщо збільшити вентилювання приміщення або обмежити надходження газу герметизацією підвального простору. За даними відділу радіаційної гігієни, близько 23% житлового фонду не відповідають вимогам чинної нормативної бази за змістом радону в повітрі приміщень. Якщо житловий фонд довести до діючих нормативів, збитки можна зменшити вдвічі.
Розглянемо, чому ж так шкідливий радон? Радіоактивність - це розпад природних радіонуклідів уранового ряду, при якому радон-222 перетворюється в газ. При цьому він утворює коротко існуючі дочірні продукти (ДПР): полоній, вісмут, свинець, які, приєднуючись до частинкам пилу або вологи, утворюють радіоактивний аерозоль. Потрапляючи в легені, ця суміш через невеликий період напіврозпаду ДПР радону-222 призводить до відносно високих доз опромінення, які можуть бути причиною додаткового ризику захворювань на рак легенів.
За даними обстеження житлового фонду окремих регіонів (28000 будинків) фахівцями інституту гігієни та медичної екології, середньозважена по окремих областях середньорічна ефективна доза опромінення населення від радону складає 2,4 мЗв / рік, для сільського населення ця величина вище майже вдвічі і становить 4,1 мЗв / рік. Для окремих регіонів дози радону варіюються в досить широких межах - від 1,2 мЗв / рік до 4,3 мЗв / рік, а індивідуальні дози населення можуть перевищувати дозові ліміти для професіоналів категорії А (20 мЗв / рік).
Якщо оцінити за прийнятими у світовій практиці методам смертність від раку легенів, обумовленого опроміненням радоном-222, то вона становить близько 6000 випадків на рік. Необхідно також враховувати, що в останні роки отримані знання про вплив радону. Так, за даними деяких епідеміологічних досліджень встановлено, що радон може викликати лейкемію у дітей. За даними AS Evrard, зв`язок між радоном і лейкемію у дітей має приріст 20% на кожні 100 Бк / м3. За даними Raaschou-Nielsen, цей приріст більше 34% на кожні 100 Бк / м3.
Радіоактивність і шлаки
У всіх країнах дуже гостро стоїть проблема переробки та захоронення металевих відходів, що мають радіоактивність. Це теж джерело випромінювання - не тільки від аварій, як наприклад, на Чорнобильській АЕС, але і від діючих атомних електростанцій, де постійно проводяться планові заміни агрегатів. Як при цьому бути зі старими металевими вузлами і конструкціями, які мають високу радіоактивність? Фахівці з інституту електрозварювання розробили плазменно-дугового спосіб плавки в водоохолоджуваному тиглі, який забезпечує видалення в шлаки металу або сплаву, які мають радіоактивність. Це фізика найбезпечнішою очищення. При цьому можна використовувати різні шлакові композиції з високою асиміляційної здатністю. Цим способом можна видалити навіть ті радіоактивні елементи, які знаходяться в тріщинах і поглибленнях поверхні. Для розрізання металевих відходів передбачено застосовувати плазмове різання і вибух під водою, електрогідравлічну різання і ущільнення, що розрізають вузлів і конструкцій. Ці високопродуктивні технології виключають утворення пилу при роботі, отже, запобігають забрудненню навколишнього середовища. Вартість переробки радіоактивних відходів по вітчизняному проекту нижче, ніж у закордонних розробників.
Основні принципи захисту від закритих джерел іонізуючого випромінювання здійснюватиме
Закриті джерела іонізуючого випромінювання здійснюватиме обумовлюють лише зовнішнє опромінення організму. Принципи захисту можна вивести з таких основних закономірностей розподілу випромінювань і характеру їхньої взаємодії з речовиною:
• доза зовнішнього опромінення пропорційна часу і інтенсивності впливу ізлученія-
• інтенсивність випромінювання від джерела прямо пропорційна кількості частинок або квантів або частинок-
• проходячи через речовину, випромінювання їм поглинаються, і їх пробіг залежить від щільності цієї речовини.
Основні принципи захисту від зовнішнього опромінення базуються на:
а) захист временем-
б) захисту колічеством-
в) захист екранами (екранування джерел матеріалами) -
г) захист відстанню (збільшення відстані до максимально можливих величин).
У комплексі захисних заходів слід враховувати і вид випромінювання радіоактивних речовин (alpha--, beta - частинки, gamma - кванти). Захист від зовнішнього випромінювання alpha - частинками не потрібна, оскільки пробіг їх в повітрі становить 2,4-11 см, а в воді і тканинах живого організму - тільки 100 мк. Спецодяг повністю захищає від них.
При зовнішньому опроміненні beta - частинки впливають на шкірний покрив і рогівку очей і в великих дозах викликають сухість і опіки шкіри, ламкість нігтів, катаракту. Для захисту від beta - частинок використовують гумові рукавички, окуляри і екрани. У разі особливо потужних потоків beta - частинок слід застосовувати додаткові екрани, призначені для захисту від гальмівного рентгенівського випромінювання: фартухи і рукавички з просвинцьованої гуми, просвинцьованої скло, ширми, бокси тощо.
Захист від зовнішнього gamma - випромінювання може забезпечуватися скороченням часу безпосередньої роботи з джерелами, застосуванням захисних екранів, поглинаючих випромінювання, збільшенням відстані від джерела.
Вищезазначені способи захисту можна застосовувати окремо або в різних комбінаціях, але так, щоб дози зовнішнього фотонного опромінення осіб категорії А не перевищували 7 мР в день і 0,04 Р в тиждень. Захист шляхом зменшення часу безпосередньої роботи з джерелами фотонного випромінювання досягається швидкістю маніпуляцій з препаратом, скороченням тривалості робочого дня і робочого тижня.
