Радиация

Радиация действительно смертельно опасна. При больших дозах она вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возможно, проявятся у детей и внуков человека, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомках.

Но для основной массы населения самые опасные источники радиации – это вовсе не те, о которых больше всего говорят. Наибольшую дозу человек получает от естественных источников радиации.

Радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека, значительно большие дозы мы получаем от других, вызывающих гораздо меньше нареканий, форм этой деятельности, например от применения рентгеновских лучей в медицине. Кроме того, такие формы повседневной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянные пребывания в хорошо герметизированных помещениях, могут привести к значительному увеличению уровня облучения за счет естественной радиации. Наибольшие резервы уменьшения радиационного облучения населения заключены именно в таких “ бесспорных ” формах деятельности человека.

Открытие радиоактивности. Виды излучений.

Радиоактивность – отнюдь не новое явление; новизна состоит лишь в том, как люди пытались ее использовать. И радиоактивность, и сопутствующие ей ионизирующие излучения существовали на Земле задолго до зарождения на ней жизни и присутствовали в космосе до возникновения самой Земли.

В1896 году французский ученый Анри Беккерель положил несколько фотографических пластинок в ящик стола, придавив их кусками какого то минерала, содержащего уран. Когда он проявил пластинки, то к своему удивлению обнаружил на них следы каких-то излучений, которые он приписал урану. В 1898 году Мария Кюри и ее муж Пьер Кюри обнаружили, что уран после излучения таинственным образом превращается в другие химические элементы. Один из этих элементов супруги назвали полонием, а еще один - радием, поскольку по- латыни это слово означает “испускающий лучи”. И открытие Беккереля, и исследования супругов Кюри были подготовлены более ранним, очень важным событием в научном мире - открытием в 1895 году рентгеновских лучей; эти лучи были названы так по имени открывшего из немецкого физика Вильгельма Рентгена.

Беккерель один из первых столкнулся с самым неприятным свойством радиоактивного излучения: речь идет о его воздействии на ткани живого организма. Беккерель положил пробирку с радием в карман и получил в результате ожог кожи. Мария Кюри умерла, по всей видимости, от одного из злокачественных заболеваний крови, поскольку слишком часто подвергалась воздействии радиоактивного излучения. По крайней мере, 336 человек, работавших с радиоактивными материалами в то время, умерли в результате облучения.

Главным объектом исследования ученых был сам атом, вернее - его строение. Мы знаем теперь, что атом похож на Солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам “планеты”- электроны. Ядро, как правило, состоит из более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом. Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. В каждом атоме число электронов в точности равно числу протонов в ядре; каждый электрон несет отрицательный заряд, равный по абсолютной величине заряду протона, так что в целом атом нейтрален.

В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые нейтронами, поскольку они электрически нейтральны. Ядра атомов одного и того же элемента всегда содержат одно и то же число протонов, но число нейтронов в них может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемента. Чтобы отличить, их друг отдруга, к символу элемента приписывают число, равное сумме всех частиц в ядре данного изотопа. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу “нуклидов”.

Некоторые нуклиды стабильны, то есть в отсутствии внешнего воздействия никогда не претерпевают никаких превращений.

Большинство же нуклидов нестабильны, они все время превращаются в другие нуклиды. Существует много таких цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов по разным схемам превращений и их комбинациям.

При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и передается дальше в виде излучения. Можно сказать, что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов, - это альфа-излучение; испускание электрона, - это бета-излучение. Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужденным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую гамма-излучением ( гамма квантом ). Как и в случае рентгеновских лучей, при этом не происходит испускания каких-либо частиц.

Весь процесс самопроизвольного распада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом. Но хотя все радионуклиды нестабильны, один из них более нестабильны, чем другие. Например, протактиний – 234 распадается почти моментально, а уран - 238- очень медленно. Время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике, называется периодом полураспада соответствующего изотопа. Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью. Единицу измерения активности (в системе СИ) назвали беккерелем (Бк) в честь ученого, открывшего явление радиоактивности; один беккерель равен одному распаду в секунду.

Разные виды излучений сопровождаются высвобождением разного количества энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Альфа-излучение, которое представляет собой поток тяжелых частиц, состоящих из нейтронов и протонов, задерживается, например, листом бумаги и практически не способен проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками.

Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α- частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом, тогда они становятся чрезвычайно опасными. Бета- излучение обладает большой проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра. Проникающая способность гамма- излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика; его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Повреждений, вызванных в живом организме, будет тем больше, чем больше энергии оно передает тканям; количество такой переданной организму энергии называется дозой. Дозу излучения организм может получить от любого радионуклида или их смеси независимо от того, находятся ли они вне организма или внутреннего (в результате попадания с пищей, водой или воздухом). Дозы можно рассчитывать по- разному, с учетом того, каков размер облученного участка и где он расположен, один ли человек подвергался облучению или группа людей и в течении какого времени это происходило.

Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела ( тканями организма ), называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в греях (Гр). Но эта величина не учитывает того, что при одинаковой поглощенной дозе альфа-излучение гораздо опаснее бета - или гамма- излучений.

Если принять во внимание этот факт, то дозу следует умножить на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида повреждать ткани организма: альфа-излучение считается при этом в двадцать раз опаснее других видов излучений Пересчитанную таким образом дозу называют эквивалентной дозой, ее измеряют в системе СИ в единицах, называемых зивертом (Зв).

Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувствительны, чем другие. Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с разными коэффициентами. Умножив эквивалентные дозы на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозы, отражающую суммарный эффект облучения для организма, она также измеряется в зивертах. Просуммировав индивидуальные эффективные эквивалентные дозы, полученные группой людей, мы придем к коллективной дозе, которая измеряется в человеко - зивертах (чел-Зв).

Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и останутся радиоактивными в отдаленном будущем, эффективную коллективную эквивалентную дозу, которую получают многие поколения от какого-либо радиоактивного источника за все время его дальнейшего существования, называют ожидаемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозой.

Естественные источники радиации.

Основная часть облучения населения земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли разные виды излучения падают на поверхность Земли из космоса и поступают от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре. Человек подвергается облучению двумя способами; 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 в 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, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже.

Доза облучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строительных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации.

Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации. Остальную часть вносят космические лучи, главным образом путем внешнего облучения. Затем остановимся на внутреннем облучении, причем особое внимание уделим радону - радиоактивному газу, который вносит самый большой вклад в среднюю дозу облучения населения из всех источников естественной радиации. Наконец, в ней будут рассмотрены некоторые стороны деятельности человека, в том числе использование угля и удобрений, которые способствуют извлечению радиоактивных веществ из земной коры и увеличивают уровень облучения людей от естественных источников радиации.

Космические лучи.

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 падал этот невидимый космический душ. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, 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 эффективную эквивалентную дозу около 300 микрозивертов (миллионных людей зиверта) в год; для людей же, живущих выше 2000 м над уровнем моря, это величина в несколько раз больше. Еще более интенсивному , хотя и относительно продолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолетов. При подъеме с высоты 4000 м (максимальная высота, на которой расположены человеческие поселения; деревни шерпов на склонах Эвереста) до 12000 м (максимальная высота полета трансконтинентальных авиалайнеров) уровень облучения за счет космических лучей возрастает примерно в 25 раз и продолжает расти при дальнейшем увеличении высоты до 210000 м (максимальная высота полета сверхзвуковых реактивных самолетов) и выше. Всего за счет использования воздушного транспорта человечество получает в год коллективную эффективную эквивалентную дозу около 2000 чел.

Земная радиация.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, - это калий-40, ркбидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана – 238 и тория – 232-долгоживущих изотопов, включившихся 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. Так, 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 миллизиверта в год. Но некоторые группы населения получают значительно большие дозы облучения: около 3% получает в среднем 1 миллизиверт в год, а около 1,5% - более 1,4 миллизиверта в год. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше.

Неподалеку от города Посус-ди-Калдас в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Как оказалась, здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 миллизивертов в год. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Однако лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте, расположенном в 600 км к востоку от этой возвышенности.

В другой части света, на юго-западе Индии, 70000 человек живут на узкой прибрежной полосе длиной 55 км, вдоль которой тянутся пики, богатые торием. Исследования, охватившие 8513 человек из числа проживающих на этой территории, показали, что данная группа лиц получает в среднем 3,8 миллизиверта в год на человека. Из них более 500 человек получают свыше 8,7 миллизиверта в год. Около 60 получают годовую дозу, превышающую 17 миллизивертов, что в 50 раз больше средней годовой дозы внешнего облучения от земного источника радиации.

Эти территории Бразилии и Индии являются наиболее хорошо изученными, “горячими точками” нашей планеты. Но в Иране, например, в районе городка Рамсер, где бьют ключи богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 миллизивертов в год. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например, во Франции, Нигерии, на Мадагаскаре.

Внутреннее облучение.

В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения , которую человек получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воздухом.

Совсем небольшая часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода – 14 и трития, которые образуются под воздействием космической радиации. Все остальное поступает от источников земного происхождения. В среднем человек получает около 180 микрозивертов в год за счет калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Однако 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-210 и полония- 210, поступают в организм с пищей. Они концентрируются в рыбе и моллюсках, поэтому люди, употребляющие много рыбы и других миров моря, могут получить относительно высокие дозы облучения.

Десятки тысяч людей на Крайнем Севере питаются в основном мясом северного оленя (карибу), в котором оба упомянутых выше радиоактивных изотопа 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 изотопы. Дозы внутреннего облучения человека от полония- 210 в этих случаях могут в 35 раз превышать средний уровень.

А в другом полушарии люди, живущие в Западной Австралии и 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 рассмотренных выше случаях, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде, и это приходится учитывать при оценке доз облучения, полученных от какого-либо источника..

Радон.

Лишь недавно ученые поняли, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый , не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ (в 7,5 раза тяжелее воздуха) радон. Согласно текущей оценке Научного комитета по действию атомной радиации ООН (НКДАР ООН) , радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен примерно за ³/₄ годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радионуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях.

В природе радон встречается в двух основных формах: в виде радона-222, члена радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана- 238, и в виде радона- 220, члена радиоактивного ряда тория - 232. По - видимому, радон - 222 примерно в 20 раз важнее, чем радон-220 (имеется в виду вклад в суммарную дозу облучения), однако для удобства оба изотопа в дальнейшем будут рассматриваться вместе и называться просто радоном. Вообще говоря, большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада радона, а не от самого радона.

Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается для разных точек земного шара. Как ни парадоксально это может показаться на первый взгляд, но основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. В зонах с умеренным климатов концентрация радона в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе. Для тропических стран подобные измерения не проводились; можно, однако, предположить, что, поскольку климат там гораздо теплее и жилые помещения намного более открытые, концентрация радона внутри их ненамного отличается от его концентрации в наружном воздухе.

Радон концентрируется в воздухе внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Поступая внутрь помещения тем или иным путем (просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использованных в конструкции дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникать довольно высокие уровни радиации, особенно если дом стоит на грунте с относительно повышенным содержанием радионуклидов или если при его постройке использовали материалы с повышенной радиоактивностью. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет дело, поскольку при этом еще более затрудняется выход радиоактивного газа из помещения.

Источники, созданные человеком

За последние несколько десятилетий человек создал несколько сотен искусственных радионуклидов и научился использовать энергию атома в самых разных целях: в медицине и для создания атомного оружия, для производства энергии и обнаружения пожаров, для изготовления светящихся циферблатов часов и поиска полезных ископаемых. Все это приводит к увеличению дозы облучения, как отдельных людей, так и населения Земли в целом.

Источники, используемые в медицине

В настоящее время основной вклад в дозу , получающую человеком от техногенных источников радиации, вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности.

Радиация используется в медицине, как в диагностических целях, так и для лечения. Одним из самых распространенных медицинских приборов является рентгеновский аппарат. Получают все более широкое распространение и новые сложные диагностические методы, опирающиеся на использование радиоизотопов.

Как ни парадоксально, но одним из основных способов борьбы с раком является лучевая терапия.

В принципе облучение 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 весомо существенна, поскольку дозы, получаемые от облучения в медицинских целях, составляют значительную часть суммарной дозы облучения от техногенных источников.

Наиболее распространенным видом излучения, применяющимся в диагностических целях, являются рентгеновские лучи.

Недавно появился целый ряд технических усовершенствований, которые при условии их правильного применения могли бы привести к уменьшению дозы, получаемой при рентгенологическом облучении. Тем не менее по данным для Швеции и США это уменьшение оказалось весьма незначительным или отсутствовало вообще. Даже в пределах одной страны дозы очень варьируют от клиники к клинике. Известно также, что иногда облучению подвергается вдвое большая площадь поверхности тела, чем это необходимо. Наконец, установлено, что излишнее радиационное облучение часто бывает, обусловлено неудовлетворительным состоянием или эксплуатацией оборудования.

Тем не менее, известны случаи, когда дозы облучения действительно были снижены благодаря усовершенствованию оборудования и повышению квалификации персонала.

Со временем открытия рентгеновских лучей самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагностики стала компьютерная топография. Этот метод находит все более широкое применение. Разработать методику оценки средней дозы для больших групп населения крайне трудно, в частности из-за недостатка данных о частоте рентгенологических обследований, особенно в развивающихся странах. Задача еще более усложняется большими вариациями доз от клиники к клинике; это означает , что данные для одних из клиник нельзя считать оценкой среднего значения дозы.

Попытки оценить среднюю дозу, получаемую населением при рентгенологических обследованиях, до недавнего времени ограничивались стремлением определить тот уровень облучения, который может привести к генетическим последствиям. Его называют генетически значимой эквивалентной дозой или ГЗД.

Величина ГЗД определяется двумя факторами; вероятностью того, что пациент впоследствии будет иметь детей (это в значительной мере определяется его возрастом); дозой облучения половых желез.

Ядерные взрывы

За последние 10 лет каждым из нас подвергался облучению радиоактивных отходов, которые образовались в результате ядерных взрывов Речь идет не о тех радиоактивных осадках, которые выпали после бомбардировки Херосимы и Нагасаки в 1945 г., а об осадках, связанных с испытанием ядерного оружия в атмосфере.

Максимум этих испытаний приходится на два периода: первым на 1945-1958 годы, когда взрывы проводили Великобритания, США и СССР, и второй, более значительный - на 1961-1962 годы, когда их проводили в основном Соединенные Штаты и Советский Союз.

Эти страны в 1963 г. подписали Договор об ограничении испытаний ядерного оружия, обязывающим не испытывать его в атмосфере, под водой и в космосе. С тех пор лишь Франция и Китай провели серию взрывов в атмосфере, причем мощность взрывов была существенно меньше, а сами испытания проводились реже (последние в 1980 г.) Подземные испытания проводятся до сих пор, но они обычно не сопровождаются образованием радиоактивных осадков.

Часть радиоактивного материала выпадает неподалеку от места испытания, какая-то часть задерживается в тропосфере, подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния, оставаясь примерно на одной и той же широте. Находясь в воздухе в среднем около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на Землю.

Однако большая часть радиоактивного материала выбрасывается в стратосферу, где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности Земного шара. Радиоактивные осадки содержат несколько сотен радиоактивных радионуклидов, однако, большинство из них имеет ничтожную концентрацию или быстро распадается; основной вклад в облучение человека дает лишь наибольшее число радионуклидов. Распад в ожидаемую коллективную, эффективную эквивалентную дозу облучения населения от ядерных взрывов, превышающих 1% дают только 4 радионуклида. Это углерод-14, цезий- 137, цирконий –95 и стронций –90. Дозы облучения за счет этих и других радионуклидов различаются в разные периоды времени после взрыва, поскольку они распадаются с различной скоростью.

Так, цирконий-95, период полураспада которого составляет 64 суток, уже не является источником облучения. Цезий- 137 и стронций-90 имеют периоды полураспада 30 лет, поэтому они давали вклад в облучение до конца прошлого века. И только углерод –14, у которого период полураспада равен 5730 годам, будет оставаться источником радиоактивного излучения (хотя и с низкой мощностью дозы) даже в отдаленном будущем: к 2000 г. он потерял лишь 7% своей активности.

На Северное полушарие, где проводилось большинство испытаний, выпала и большая часть радиоактивных осадков. Пастухи на Крайнем Севере получают дозы облучения от цезия-137, в 100-3000 раз превышающие среднюю индивидуальную дозу для остальной части населения. К несчастью, те люди, которые находились неподалеку от испытательных полигонов, получили в результате значительные дозы; речь идет о части населения Маршалловых островов и команде японского рыболовного судна, случайно проходившегонеподалеку от места взрыва.

Суммарное ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех ядерных взрывов в атмосфере, произведенных к настоящему времени , составляет 30 млн. чел-Зв.

Источником облучения вокруг, которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень невелики.

Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий этап – производство ядерного топлива.

Отработанное на АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов.

На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают радиоактивные вещества. Каждый реактор выбрасывает в окружающую среду целый ряд радионуклидов с разными периодами полураспада. Большинство радионуклидов распадается быстро, и поэтому имеют лишь местное значение. Однако некоторые из них живут достаточно долго и могут распространяться по всему земному шару, а определенная часть изотопов остается в окружающей среде практически навечно.

При этом различные радионуклиды также ведут себя по- разному: одни распространяются в окружающей среде быстро, другие –чрезвычайно медленно. Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а половина – шахтным.

Добытую руду везут на обогатительную фабрику обычно расположенную неподалеку. И рудники, и обогатительные фабрики служат источником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Если рассматривать лишь непродолжительные периоды времени, то можно считать , что почти все загрязнение связано с местами добычи урановой руды.

Обогатительные же фабрики создают проблему долговременного загрязнения: в процессе переработки руды образуется огромное количество отходов – “хвостов”. Эти отходы будут оставаться радиоактивными в течение миллионов лет, когда фабрика давно перестанет существовать. Таким образом, отходы являются главным источником облучения населения, связанным с атомной энергетикой. Однако их вклад в облучение можно значительно уменьшить, если отвалы заасфальтировать или покрыть их поливинилхлоридом.
Конечно, покрытие необходимо будет регулярно менять. Урановый концентрат, поступающий с обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше , чем на других стадиях ядерного топливного цикла. Величина радиоактивных выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: не только от одного типа реактора к другому и не только для разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и для двух разных реакторов одной конструкции.

В последнее время наблюдается тенденция к уменьшению количества выбросов из ядерных реакторов, несмотря на увеличение мощности АЭС. Частично это связано с техническими усовершенствованиями, частично- с введением более строгих мер по радиационной защите.

Методология обеспечения и обоснования экологической безопасности АЭС не была использована при разработке ныне действующих АЭС. Не был организован и экологический мониторинг в регионах их расположения. Однако с первого дня эксплуатации крупных АЭС проводились исследования состояния природной окружающей среды.

При нормальной работе АЭС являются источником четырех видов воздействия на окружающую среду: радиационного, химического, теплового и воздействия обусловленного урбанизацией региона.

Радиационное воздействие – это воздействие радионуклидов, поступающих с газоаэрозольным выбросом АЭС в атмосферу и с жидкими стоками водоемы. Радиоактивные поступления с АЭС в окружающую среду при ее нормальной работе малы, радиационное воздействие на население и природные комплексы не значимы.
Радиоактивный загрязнитель обнаруживается не далее 3-4 км. От АЭС, причем объемная активность, например, радиоактивных благородных газов (РБГ) в приземном воздухе на этом расстоянии составляет не более 1-2 Бк/м³, долго живущих радионуклидов в аэрозольной форме – на несколько порядков меньше, а плотность выпадений на земную поверхность на расстоянии 2-3 км. от АЭС, например, Cs – 137, не превышает (1-2)·10^-3 Бк/ (м² ·сут), Co- 60 около 1,5 · 10^-2 Бк/м² ·сут).
В выпадениях можно обнаружить Cs –134, Се-141, Mn - 54 и др. радионуклиды, но плотность их выпадений еще меньше. Данные об активности “станционных” радионуклидов в воздухе и активности выпадений больше представляют теоретический интерес, чем информацию о радиационной опасности АЭС. Обусловлено это тем, что реальная мощность выброса АЭС намного меньше мощности предельно допустимого выброса (ПДВ) и заметно меньше допустимой “Санитарными правилами проектирования и эксплуатации АЭС”, установленной еще в 1975 году с большим запасом по отношению к ПДВ.

Мощность выброса ни одной АЭС России не превышало допустимую СП АЭС. Так, в населенных пунктах региона Курской АЭС Дроняево (3,5 км) и Дичня (9,2 км) накопленная доза за все время работы АЭС составляет около 2·10^-5 и 0,4·10^-6 Зв ссответственно годовой дозе естественного фона в регионах этих АЭС (70-100)· 10^-5 Зв/год, который не изменился за все время работы АЭС.

Таблица ПДВ основных радионуклидов АЭС на Средне-Европейской части России.

Дозовая нагрузка на население в основном обусловлена РБГ. Вклад в дозовую нагрузку I -131 составляет не более 10 %, участие в формировании дозовой нагрузки радиоактивных выпадений на местность и ингаляции радионуклидов можно не учитывать. Радионуклиды – аэрозоли поступают на почву , растительность, другие наземные объекты вследствие импакционного осаждения. Депозитарием служит верхний слой почвы , в котором весьма прочно удерживается 95-98%.
Через 10 лет после выпадений на глубину 0,5-0,7 м. Проникает не более 0,1 % выпавшей активности. Горизонтального переноса радионуклидов и их накопления в понижениях рельефа не установлено.

Аналогичная ситуация имеет место с радиационным воздействием радионуклидов, поступивших в водоем- охладитель: активность, сбрасываемая с жидкими стоками АЭС , на несколько порядков меньше допустимого сброса. Вследствие этого, а также благодаря эффективным процессам самоочищения водоема объемная активность “станционных” радионуклидов воде мала и не изменяется со временем работы АЭС. Активность в воде определяется Сs -137.
Процессы самоочищения приводят к тому, что радионуклиды сосредотачиваются в донных отложениях водоема – охладителя и захораниваются там практически навечно.

В мировом масштабе примерно 10% использованного АЭС ядерного топлива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного их использования. Сейчас имеются лишь 3 завода, где занимаются такой переработкой в промышленном масштабе: в Маркуле и Ла-Аге (Франция) и в Уиндскейле (Великобритания).

До сих пор мы совсем не касались проблем, связанных с последней стадией ядерного топливного цикла – захоронением высокоактивных отходов АЭС. Эти проблемы находятся в ведение правительств соответствующих стран. В некоторых странах ведутся исследования по утверждению отходов с целью последующего их захоронения в геологически стабильных районах на суше, на дне океана или в расположенных под ними пластах. Предполагается, что захороненные таким образом радиоактивные отходы не будут источником облучения населения в обозримом будущем.

Ядерный топливный цикл сопровождается также образованием большого количества долгоживущих радионуклидов, которые распространяются по всему земному шару.

Другие источники радиации

Уголь, подобно большинство других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.

Хотя концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз, в основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Однако более легкая зольная пыль уносится тягой в трубу электростанции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружения очистных устройств.

Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь ввернуться в воздух в составе пыли.

На приготовление пищи и отопление жилых домов расходуется меньше угля, но зато больше зольной пыли летит в воздух в пересчете на единицу топлива. Таким образом, из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной пыли, возможно, не меньше, чем из труб электростанций. Кроме того, в отличие от большинства электростанций жилые дома имеют относительно невысокие трубы и расположены обычно в центре населенных пунктов, поэтому гораздо большая часть загрязнений попадает непосредственно на людей.

Не много известно также о вкладе в облучение населения от зольной пыли, собираемой очистными устройствами. В некоторых странах более трети её используется в хозяйстве, в основном в качестве добавки к цементам и бетонам. Иногда бетон на ⁴/₅ состоит из зольной пыли. Она используется также при строительстве дорог и для улучшения структуры почв в сельском хозяйстве.

Ещё один источник облучения населения – термальные воды. Некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов. Однако, поскольку в настоящее время суммарная мощность энергетических установок, работающих на геотермальных источниках, составляет всего 0,1 % мировой мощности, геотермальная энергетика вносит ничтожный вклад в радиационное облучение населения. Но этот вклад может стать весьма весомым, поскольку ряд данных свидетельствует о том, что запасы этого вида энергетических ресурсов очень велики.

Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержат уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработке руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обыкновенно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества действительно широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительному повышению содержания радиоактивности в молоке.

Контроль за радиоактивностью окружающей среды.

Радионуклиды в процессе обращения с радиоактивными отходами могут попадать в биосферу, что повышает их содержание в различных объектах окружающей среды, или вызывает изменение их качественного состояния неблагоприятно воздействующее на протекание в природе жизненных процессов.
В связи с этим необходимо проводить систематический радиационный контроль окружающей среды. Решение этой задачи связано с определением малой концентрации радиоактивных веществ в различных странах. Объектами контроля являются атмосферные осадки, воздух, вода, флора, фауна, пищевые продукты. Наряду с проведением исследований по определению уровня загрязнения объектов окружающей среды радиоактивными веществами, измерениями дозы проникающего ионизирующего излучения на местности, обусловленной радиоактивными выпадениями и поверхностным загрязнением, а также определением дозы, получаемой человеком, проводится сбор материалов, позволяющих выявить особенности и оценить значимость влияния различных факторов на процессы миграции радионуклидов из атмосферы, почвы, водоемов в биологические объекты и накопление их в организме человека.

Загрязнение окружающей среды радионуклидами при централизованным обезвреживанием отходов носят, как правило, локальный характер, что определяет систему организации сети контрольных пунктов.

Наряду с радиационным контролем во всех случаях, когда существует опасность загрязнения объектов окружающей среды радиоактивными веществами, необходимо собирать и постоянно обновлять сведения, характеризующие особенности данной местности и проживающего населения. Сюда входят данные о природных условиях (топографические, геолого-географические, почвенно-климатические и др.), об экономике района, численности, составе населения и санитарных условиях его жизни.

При допустимости потенциального и долговременного фактора загрязнения окружающей среды радионуклидами относительно малой концентрации радионуклидов и достаточно большое число проб, позволяющее исключить случайный или локальный характер загрязнении и обеспечить статистическую достоверность полученных результатов. Независимо от вида объекта и характера контролируемой среды отбираемые пробы должны быть представительными, т.е. в полной мере отражать свойства среды в момент отбора . Соблюдение указанного требования обеспечивается оптимальным выбором пунктов и методов отбора проб.

Частота отбора проб должна быть представительной для получения сведений о динамике уровней загрязнения изучаемых объектов во времени. Она устанавливается в зависимости от решаемой задачи и конкретных условий.

Контроль содержания радиоактивных веществ в воздухе.

При организации контроля содержания радионуклидов в воздухе исходят из задач, решения, которых определяется необходимостью, во-первых, изучения уровней содержания радионуклидов в воздухе, рабочей зоны, во-вторых , оценки их содержания в смежных помещениях и выбросах, в- третьих, совершенствования технологических процессов. Наиболее важной задачей являются измерения концентрации радионуклидов в воздушной среде, по результатам которых можно оценить годовые поступления (ГП) в организм как для персонала, так и для отдельных лиц населения. Задача еще более усложниться, если учесть, что значения ПГП для различных радионуклидов лежат в широком диапозоне 3,7 МБк-3,7 ГБк.
В зависимости от постоянных задач служба радиационной безопасности осуществляет периодический или непрерывный контроль концентрации радиоактивных веществ в воздухе. В основе количественного определения радиоактивных веществ в воздухе лежит качественный способ, при котором аэрозольные частицы извлекаются из воздушной среды с помощью различных способов осаждения (седимен тационного, аспирационного, инерционного или электростатического) газообразные компоненты извлекаются с помощью различных сорбентов или оцениваются прямым способом измерения концентрации в определенном объеме газовой среды (использование проточных ионизационных камер, счетчиков).

Контроль за содержанием радионуклидов в атмосферных осадках.

Для выявления загряз нений атмосферного воздуха выбросами объектов, занимающихся переработкой радиоактивных отходов, применяют седиментационный и аспирационный методы исследований. Пункты сбора атмосферных осадков имеют постоянное расположение на местности. Их размещают в соответствии с розой ветров так, чтобы было можно контролировать все возможные выбросы, связанные с технологическими процессами.

Пункты, расположенные в зоне строгого режима, предназначены для контроля возможных локальных выпадений, связанных с технологическими процессами по захоронению радиоактивных отходов. В санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения пункты размещены с учетом направления и скорости господствующих ветров в месте расположения объединения.

Отбор проб и их подготовку к анализу выполняют стандартными методами. Суммарная активность β - излучателей и концентрацию ^{9 0}Sr + ⁹⁰ Y (после радиохимического выделения) определяют радиометрическим методом на аппаратуре, обеспечивающей необходимую чувствительность анализа. Продукты деления и другие радионуклиды - источники γ- излучения определяют γ –спектрометрическим методом с помощью полупроводниковых и сцинтилляционных детектров и многоканальных анализаторов.

Аспирационный метод применяют с помощью воздухозаборных установок. Где атмосферный воздух прокачивают через фильтрующую ткань. Эти установки располагают на открытых участках с малой естественной запыленностью в пределах зоны строгого режима, санитарно-защитной и наблюдаемой зон.

Плотность радиоактивных выпадений с атмосферными осадками, составляет в зоне строгого режима190 МБк/ (км² · сут), а в санитарно-защитной зоне и зоне наблюдения на порядок ниже. Плотность выпадений в расчетных точках “следы факела” практически не отличается от средних значений для санитарно-защитной зоны и значительно ниже допустимых - 9 МБк/(км²сут)

Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут “запустить” до конца еще не установленную цепь событий, приводящую к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма.

Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течении нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения, как правило, не ранее чем через 1-2 десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызывающие повреждения генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума подвергшиеся облучению.

Реакция разных органов и тканей человека на облучение не одинакова. Величина дозы, определяющая тяжесть поражения организма зависит от того, получает ли её организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносят серию легких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения полученную за один прием.
Разумеется, если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100Гр вызывают настолько серьезное поражение центральной нервной системы, что смерть , как правило, наступает в течении нескольких часов или дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражения ЦНС может привести к летальному исходу, однако облученный человек скорее всего все равно умрет через 1-2 недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений желудочно-кишечного тракта или организм с ними справиться , и тем не менее смерть может наступить через 1-2 месяца с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга- главного компонента кроветворной системы организма от дозы в 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных.

Красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах 0,5-1 Гр. К счастью, они обладают также замечательной способностью к регенерации, и если доза облучения не настолько велика, чтобы вызвать повреждения всех клеток кроветворной системы может полностью восстанавливать свои функции. Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению.

Наиболее уязвимой для радиации частью глаза является хрусталик. Погибшие клетки становятся непрозрачными, разрастание помутневших участков приводит сначала к катаракте, а затем и к полной слепоте. Чем больше доза, тем больше потеря зрения. Помутневшие участки могут образоваться при дозах облучения 2 Гр и менее. Более тяжелая форма поражения глаза – прогрессирующая катаракта - наблюдается при дозах около 5 Гр.

Дети также крайне чувствительны к действию радиации. Относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, что приводит к аномалиям развития скелета. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост костей. Оказалось также, что облучение мозга ребенка при лучевой терапии может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти, а у очень маленьких детей даже к слабоумию и идиотии. Кости и мозг взрослого человека способны выдерживать гораздо большие дозы.

Крайне чувствителен к действию радиации и мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. В этот период у плода формируется кора головного мозга , и существует большой риск того, что в результате облучения матери родиться умственно отсталый ребенок.

Большинство тканей взрослого человека относительно мало чувствительны к действию радиации. Почки выдерживают суммарную дозу около 23 Гр , полученную в течение пяти недель , без особого для себя вреда, печень – по меньшей мере 40 Гр за месяц, мочевой пузырь – по меньшей мере 55 Гр за четыре недели, а зрелая хрящевая ткань – до 70 Гр. Легкие – чрезвычайно сложный орган – гораздо более уязвимы, а в кровеносных сосудах незначительные но, возможно, существенные изменения могут происходить уже при относительно небольших дозах.

Конечно, облучения в терапевтических дозах, как и всякое другое облучение, может вызвать заболевание раком в будущем или привести к неблагоприятным генетическим последствиям. Облучение в терапевтических дозах, однако, применяют обыкновенно для лечения рака, когда человек смертельно болен, а поскольку пациенты в среднем довольно пожилые люди, вероятность того, что они будут иметь детей, также относительно мала.

В промышленно развитых странах, продолжительность жизни которых составляет в среднем 70 лет, около 20% смертных случаев приходиться на рак.

Рак – наиболее серьёзное из всех последствий облучения человека при малых дозах. Обширные обследования, охватившие около 100000 человек, переживших атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки в 1945 г. показали, что пока рак является единственной причиной повышенной смертности в этой группе населения.

НКДАР ООН, как и другие учреждения, занимающиеся исследованиями в этой области, в своих оценках опирается на два основных допущения. Согласно первому допущению, не существует никакой пороговой дозы за которой отсутствует риск заболевания раком. Любая сколь угодно малая доза увеличивает вероятность заболевания раком человека, получившего эту дозу, и всякая дополнительная доза облучения еще более увеличивает эту вероятность. Второе допущение заключается в том, что вероятность или риск заболевания возрастает прямо пропорционально дозе облучения.

По имеющимся данным, первыми в группе раковых заболеваний поражающих население в результате облучения являются лейкозы. Они вызывают гибель людей в среднем через 10 лет с момента облучения – гораздо раньше , чем другие виды раковых заболеваний.

Самые распространенные виды рака, вызываемые действием радиации, - рак молочной железы и рак щитовидной железы. Обе разновидности рака в принципе излечимы, а смертность от рака щитовидной железы, особенно низка. Рак легких – также распространенный вид раковых заболеваний среди облученных групп населения. Рак других органов и тканей как оказалось, встречается среди облученных групп населения реже.

Дети более чувствительны к облучению, чем взрослые, а при облучении плода риск заболевания раком по видимому, еще больше. Детская смертность от рака больше среди тех детей, матери которых в период беременности подвергались воздействию рентгеновских лучей.

Радиация может воздействовать на разные химические и биологические агенты, что может приводить в каких- то случаях к дополнительному увеличению частоты заболевания раком. Серьёзные доказательства были получены только для одного агента – табачного дыма.

Давно высказывались предположения, что облечение ускоряет процесс старения и уменьшает продолжительность жизни. Облученные группы людей действительно имеют меньшую продолжительность жизни, но во всех известных случаях это целиком объясняется большей частотой раковых заболеваний.

Изучения генетических последствий облучения связано с ещё большими трудностями, чем в случае рака. Около 10% всех живых новорожденных имеют те или иные генетические дефекты – от необременительных физических недостатков типа дальтонизма до таких тяжелых состояний, как синдром Дауна, хорея Гентингтона и различные пороки развития.

Генетические нарушения можно подразделить на два основных типа : хромосомные аберации, включающие изменения числа или структуры хромосом, и мутация в генах.

При оценке риска появления наследственных дефектов у человека НКДАР использует два подхода. При одном подходе определяют непосредственный эффект данной дозы облучения, а при другом – дозу, при которой удваивается частота появления потомков с той или иной разновидностью наследственных дефектов по сравнению с нормальными радиационными условиями.

Согласно оценкам полученным при первом подходе, доза в 1 Гр , полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола , индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомным аберациям на каждый миллион живых новорожденных. Оценки. Полученные для особей женского пола, гораздо менее определены , но явно ниже. Это объясняется тем, что женские половые клетки менее чувствительны к действию радиации. Согласно ориентировочным оценкам, частота мутаций составляет от 0 до 900, а частота хромосомных абераций – от 0 до 300 случаев на миллион живых новорожденных.

Согласно оценкам, полученным при втором подходе, хроническое облучение с мощностью дозы 1 Гр на поколение приведет к появлению около 2000 серьёзных случаев генетических заболеваний на каждый миллион живых новорожденных среди детей тех, кто подвергся такому облучению.

О влияние облучения на такие признаки, как рост и плодовитость, которые определяются не одним, а многими генами, функционирующими в тесном взаимодействии друг за другом, известно не много.