Quot;Источники ионизирующих излучений"

Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, постоянно подвергаются воздействию ионизирующих излучений, обусловленных естественным радиационным фоном.

К естественным источникам ионизирующих излучений относятся космическое излучение и естественные радиоактивные вещества, распределенные на поверхности и в недрах Земли, в атмосфере, воде, растениях и организме всех живых существ, населяющих нашу планету.

Космическое излучение представляет собой поток протонов (90%) и альфа-частиц (ядер атомов гелия, около 10%). Примерно 1 % космического излучения составляют нейтроны, фотоны, электроны, а также ядра легких химических элементов, таких как литий, бериллий, бор, углерод, азот, кислород и др.

Источниками образования космического излучения являются звездные взрывы в Галактике и солнечные вспышки.

Солнечное космическое излучение не приводит к заметному увеличению мощности дозы излучения на поверхности земли.

Земными источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов, в том числе 32 урано-радиевого и ториевого рядов, около 12 долгоживущих радиоактивных изотопов, не входящих в эти ряды (калий-40, рубидий-87, кальций-48 и др.).

Основной вклад в дозу внешнего облучения вносят гамма-излучающие нуклиды радиоактивных рядов — свинец-214, вис-мут-214, торий-228, актиний-228, а также калий-40.

При непосредственном измерении значения величины мощности дозы за счет естественного фона в большинстве районов земного шара колеблются в пределах от 4 до 12 мкР/ч. Годовая доза облучения людей в этих районах составляет 30—100 мбэр (0,03—0,1 бэр).

Известно 5 географических районов на нашей планете, где естественный радиационный фон существенно увеличен — это Бразилия, Франция, Индия, остров Ниуэ в Тихом океане и Египет.

В ряде мест Бразилии вдоль Атлантического побережья из-за повышенного содержания радиоактивных веществ в почве и скальных породах мощность дозы излучения достигает 60— 65 мкР/ч, а доза облучения людей за год около 0,5 бэр.

Примерно 1/6 часть населения Франции (7 млн. человек) получает дозу облучения 180—350 мбэр в год, так как живет в районах, где скальные породы представлены в основном гранитом, из-за чего радиационный фон здесь повышен.

В индийских штатах Керала н Мадрас прибрежная зона дли­ной 200 км известна как область интенсивного излучения (100 тыс. человек получают в год дозу, равную 1300 мбэр — в 13—14 раз выше среднемирового уровня).

Начиная с 1970 г., во многих странах мира осуществляются широкие программы развития ядерной энергетики. В настоящее время сотни ядерных энергетических реакторов работают в США, Японии, Франции, Канаде, Англии и других государствах.

В нашей стране создана серия проектов энергетических реакторов различных типов и мощностей, на которых базируется ядерная энергетика.

В настоящее время в России работает 9 АЭС, на которых действуют 29 энергоблоков, ИЗ исследовательских ядерных установок, 13 промышленных предприятий топливного цикла, 8 научно-исследовательских организаций, выполняющих технологические разработки и материаловедческие исследования с использованием ядерных материалов, 9 атомных судов с объектами их обеспечения, а также около 13 тысяч других предприятий и объектов, деятельность которых так или иначе связана с использованием радиоактивных веществ и изделий на их основе. Кроме того, следует отметить, что Россия обладает достаточно большим атомным военно-морским флотом, в составе которого подводные лодки и надводные корабли с ядерными энергетическими установками.

Все эти перечисленные объекты в той или иной степени представляют радиационную опасность.

Человек подвергается двум видам облучения: внешнему и внутреннему. Источником внешнего облучения являются космические лучи. На Земле нет такого места, куда бы они ни проникали. При этом следует отметить, что Северный и Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные районы. Происходит это из-за наличия магнитного поля, силовые линии которого как раз и концентрируются у полюсов.

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

Те, кто живут на уровне моря, в год получают дозу внешнего облучения примерно 0,3 м3с, на высоте 4000 м — уже 0,7 мЗв. На высоте 12 км доза облучения за счет космических лучей увеличивается примерно в 25 раз по сравнению с земной. Экипажи и пассажиры самолетов при перелете на расстояние 2400 км получают дозу облучения 10 мкЗв (0,01 мЗв млн 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. Уровни земной радиации, дающей ориентировочно 0,35 мЗв/год внешнего облучения, на планете, как было указано выше, не одинаковы и колеблются от 0,3 до 0,6 мЗв/год.

Внутреннее облучение населения от естественных источников на 2/3 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, полоння-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, основная пища этих животных, концентрирует в себе значительные количества радиоактивных изотопов полония и свинца.

Недавно установлено, что наиболее весомым из всех естественных источников радиации является радон.

Данные по радону получены были сравнительно недавно, но сразу привлекли внимание к указанной проблеме. Исследования показали, что концентрация радона в воздухе жилых помещений, особенно одноэтажных, в ряде случаев превышает уровень ПДК, установленных для работников урановых рудников, где служба безопасности традиционно борется за снижение накопления ра­диологически опасных концентраций радона. Кроме того, в некоторых ра­йонах, которые принято было считать радиационно чистыми (по гамма-фо­ну, который чаще всего замеряется) возникают ситуации якобы необосно­ванного облучения людей дозами, величины которых сопоставимы с аварий­ными ситуациями, возникающими на предприятиях атомной энергетики и атомной промышленности, и обусловлено это радоном. Весьма ограничены и практически не известны широкой общественности радоноопасные зоны на территории страны, сравнительно недавно (1996 г.) были сформулированы и опубликованы требования к ограничению облу­чения населения изотопами радона и торона, а также подходы к ради­ационной защите населения от указанных изотопов.

Высокая смертность среди горняков при добыче серебра, меди и ко­бальта в Центральной Европе отмечалась еще до 1600 года, а основная причина идентифицирована как рак легких лишь в конце XIX века. В 1824 году было высказано предположение, что это заболевание связано с облучением радоном.

Первые измерения радона проводились вне помещений при исследова­нии таких явлений как атмосферное электричество, перенос в атмосфере и выделении газов из почвы.

Первые измерения в помещениях были сделаны в 50-х годах XIX сто­летия, но привлекли мало внимания, в последние же годы наблюдается всплеск интереса к радону в жилищах и на рабочих местах.

В настоящее время осознание значимости радоновой проблемы опира­ется на два фактора:

- большой диапазон колебаний уровней радона в домах;

- убедительные эпидемиологические данные по дополнительному риску возникновения рака легких для облученных радоном шахтеров.

Главной неоднозначностью остается оценка канцерогенного эффекта вследствие облучения в жилищах радоном и его дочерних продуктов распада, включая усиливающий эффект от курения и ряда других экологических факторов. Надежный ответ на этот вопрос еще предстоит получить.

Одним из основных субстанций, в которых происходит образование радона, являются граниты, т.к. в них всегда находится элементы радиоак­тивного "семейства" урана и тория, в процессе распада которых образу­ется радон и торон. А граниты существенная часть горных пород Урала. Кроме того, источниками выделения радона могут быть осадочные карбонатные отложения, вулканические образования, кислые и щелочные породы девонского возраста. Урал является регионом Российской Федерации, в котором запасы и концентрации естественных радионуклидов в земной коре и в подземных водах одни из наиболее значимых.

Достаточно сказать, что даже для ряда населенных пунктов, распо­ложенных на территории Урала, дозовые нагрузки, обусловленные воздействием радона и его ДПР, превышают текущие дозовые нагрузки, связанные с остаточным радиоактивным загрязнением местности. Аналогичная картина наблюдается в поселках Озерный, Костоусово Свердловской области, которые были загрязнены отходами ториевого концентрата, производившегося здесь в 1949-1964 гг.

Как уже было отмечено выше радон, торон и их ДПР вносят наиболее существенный вклад (около 50%) в облучение человека естественными источниками радиации.

Радон и торон - это газы без цвета и запаха, т.е. органолептически их наличие определить невозможно. Дальнейший их распад приводит образованию изотопов твердых элементов (альфа- активных радионуклидов), атомы которых присоединяются к присутствующим в воздухе центрам конденсации и частицам пыли.

Период полураспада радона и торона, соответственно, составляют 3,8 суток и 52 секунды, естественная убыль этих газов постоянно компенсируется за счет распада урана, поэтому концентрация при прочих равных условиях сохраняется постоянной.

Эти газы почти в 10 раз тяжелее воздуха, поэтому накапливаются в пониженных местах, и в замкнутых помещениях, особенно на первых этажах зданий и сооружений. Основным источником поступления в них радон и торона является проникновение из недр земли в некоторых зонах Уральского региона объемная активность радона в почвенном воздухе достигает до 700 и даже 1480 кБк/м³ при среднем значении для Урала 5-10 кБк/м³, а также выделение из водопроводной воды (в некоторых зонах Урала концентрация радона в подземных водах колеблется от 93 до 5500 Бк/л), бытового газа и строительных материалов.

Исследования, проведенные в ряде стран, показали, что радон и торон выделяют, в разных количествах, все строительные материалы. Их средняя удельная радиоактивность (Бк/кг) составляет: дерево 1,1, природный гипс - 29, песок и гравий -34, цемент - 45, кирпич -126, гранит - 170, зольная пыль - 341. Очень радиоактивны глиноземы, в Швеции их перестали применять при производстве бетона. Однако в зависимости от места добычи исходного сырья для производства строительных материалов их удельная радиоактивность может существенно колебаться, поэтому радиационный контроль всех строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако, главный источник радона в закрытых поме­щениях - это грунт.

Методы определения радона, торона и их концентраций достаточно сложны, бытовыми приборами, рекомендованными для населения, оп­ределить даже наличие радона и ДПР невозможно. Эта задача решаете; специализированными учреждениями.

Основную часть дозы облучения человек получает с вдыхаемым воздухом, находясь большую часть своей жизни в закрытых помещениях по некоторым оценкам население промышленно развитых стран около 80 % времени: проводит внутри жилых и производственных зданий. Поэтому одним из эффективных методов защиты от этих газов является частое проветривание помещений. Естественно зимой радона и торона в помещения накапливаете больше, чем летом, поскольку жилище утепляется и реже проветривается.

В целом по Свердловской области среднегодовая объемная активность газообразного радона в воздухе жилых помещений (82 Бк/м³) более чем два раза превышает среднемировое значение (40 Бк/м³). Приблизительно 5% обследованных зданий объемная активность радона превышает принятый в России предел 400 Бк/м³. Из этих зданий, в соответствии с требованиями НРБ-99, должно производиться отселение жильцов или проводиться защитные мероприятия в них.

Радон и торон практически не задерживаются фильтрующими противогазами.

Радон и торон являются альфа-излучателями, как известно альфа-частицы обладают наибольшей ионизирующей способностью, а это явление лежит в основе возникновения лучевой болезни. Например, в Великобритании ежегодно погибает 2500 человек от рака легких, вызванного газом радоном, а в США - около 20 тыс. Также остра проблема радиологического воздействия радона на население Швейцарии, Швеции, Финляндии Австрии. В странах СНГ 15 млн. чел. получают за год от радона 15 мЗв. В США в каждом 20-м доме примерно такой же уровень радиации.

В России эти исследования находятся в стадии изучения. 1996-1997 гг. сотрудниками института промышленной экологии УрО РАН совместно с представителями ряда других организаций были проведены измерения эквивалентной равновесной объемной активности (ЭРОА) радона и торона в жилых помещениях городского и сельского типа, а также в детских дошкольных учреждениях в 98 населенных пунктах, расположенных в радоноопасных зонах Свердловской области. На основании данных этих измерений были рассчитаны дозы облучения населения, индивидуальные коллективные онкологические риски, обусловленные облучением населения радоном. Оказалось, что пожизненное облучение радоном в сельских домах Свердловской области приводит к онкологическим рискам, которые могут достигать 10% от частоты спонтанного риска рака.

Радон хорошо растворяется в воде, поэтому он присутствует во всех природных водах. В глубинных природных водах концентрация его возрас­тает с глубиной поступления воды. Причем по сравнению с водой открытых водоемов, концентрация в глубинных водах может превышать от десятков до миллиона раз. Поэтому при использовании воды из скважин в целях бе­зопасности ее необходимо проверить в СЭС на содержание радона. Кипяче­ние снижает содержание радона в воде. Гораздо большую опасность предс­тавляет попадание воды с высоким содержанием радона в легкие с вдыхае­мым воздухом, что чаще всего происходит при помывке в ванных комнатах и банях. Концентрация радона в ванной комнате в 3 раза выше, чем на кухне (поступает, в том числе с газом) и в 40 раз выше, чем в жилых комнатах. До исходного уровня концентрация радона после помывки восс­танавливается приблизительно через 1,5 часа.

Использование возможностей атома в интересах экономики несет с собой дополнительные искусственные источники облучения. В большинстве случаев дозы невелики, но иногда техногенные источники оказываются во много тысяч раз интенсивнее, чем естественные. Основной вклад в дозу вносят медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением радиоактивности. Один из распространенных приборов диагностики — рентгеновский аппарат. В развитых странах на 1000 жи­телей приходится от 300 до 900 обследований в год, не считая рентгенологических обследований зубов и массовой флюорографии. В любом случае пациент получает минимальную дозу при обследовании. Так, при рентгенографии зубов — 0,03 Зв (3 бэр), при рентгеноскопии желудка — столько же, при флюорографии— 3,7 мЗв (370 мбэр).

Чтобы снизить облучение, уменьшают площадь рентгеновского луча, понижают мощность излучения, применяют более чувствительные пленки, усиливают экранизацию.

Ядерные взрывы тоже вносят свою ленту в увеличение дозы облучения человека. Радиоактивные осадки от испытаний в атмосфере разносятся по всей планете, повышают общий уровень загрязненности.

В 1963 г. США и СССР подписали Договор об ограничении испытаний ядерного оружия в атмосфере, под водой и в космосе. С тех пор только Китай и Франция провели серию взрывов в атмосфере. После 1980 г. они прекратились. Сегодня действует мораторий на подземные испытания.

В 1963 г. коллективная среднегодовая доза, связанная с ядерными испытаниями, составляла около 7% дозы облучения от естественных источников, в 1966 г. она уменьшилась до 2%, а в начале 80-х опустилась до 1%.

Атомная энергетика, хотя и вносит в суммарное облучение населения незначительный вклад, является предметом активных споров. Если ядерная установка работает нормально, то выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень малы. Чем дальше человек живет от АЭС, тем меньшую дозу он получает. Дело в том, что большинство радионуклидов, выбрасываемых в атмосферу, быстро распадается и поэтому имеют только местное значение.

Источником загрязнения радиоактивными веществами служат рудники и обогатительные фабрики. В процессе переработки урановой руды образуется огромное количество отходов — «хво­стов». Они — главный долгоживущий источник облучения населения. Их воздействие можно значительно уменьшить, если территорию, где хранятся отходы, заасфальтировать или покрыть поливинилхлоридом. Позже, видимо, будут найдены и другие, более эффективные способы.

В промышленности и быту из-за применения технических средств люди также получают дополнительное, хотя и не очень большое облучение. Например, работники, которые участвуют в производстве люминофоров с использованием радиоактивных материалов, на заводах стройиндустрии и шюмплощадках, где применяются установки промышленной дефектоскопии. Под землей повышенные дозы получают шахтеры, золотодобытчики. Достается и персоналу курортов с радоновыми источниками.

Самым распространенным бытовым облучателем являются часы со светящимся циферблатом. Они дают годовую дозу, в 4 раза превышающую ту, что обусловлена утечками на АЭС. На расстоянии 1 м от циферблата излучение в 50000 раз слабее, чем в 1 см. Сейчас принимаются меры к замене радия другими веществами, чтобы значительно снизить облучение, как и в различных светящихся указателях, компасах, прицелах и др.

Источник рентгеновского излучения — и цветной телевизор. При просмотре одного хоккейного матча человек получает облучение 0,01 мкЗз (1 мкбэр). Если смотреть передачи в течение года ежедневно по 3 ч —5 мкЗв (500 мкбэр, 0,5 мбэр).

В Курганской области около трех десятков предприятий и организаций, которые используют более 1300 источников ионизирующих излучений. Основные потребители - это медицинские учреждения, геологические партии, монтажные управления, промышленные предприятия и учебные заведения, авиация:

- областная клиническая больница. Здесь применяется радиоизотопная диагностика при исследовании функции почек, щитовидной железы, сыворотки крови для определения гормонов, при которой радиоактивный изотоп вводят в организм человека и с помощью прибора, фиксирующего излучение, производят измерение создаваемого излучения для диагностики ряда медицинских нарушений.

- Российский научный центр "Восстановительная травматология и ортопедия" им. Г.А. Илизарова. Здесь функционирует лаборатория лучевой диагностики. С помощью прибора "костный денситометр", в состав которого входит радиоизотоп гадолиний-153, обследуют состав костной ткани.

- областной онкологический диспансер. Здесь широко применяются лучевые диагностика и терапия для борьбы с локализованными опухолями.

- Бюро судебно-медицинской экспертизы. Для лабораторных исследований токсичности в тканях применяют прибор "газовый хроматограф" с использованием радионуклида никеля-63.

Таким образом, в современных условиях, при наличии высокого естественного радиационного фона, при действующих технологических процессах каждый житель Земли ежегодно получает дозу облучения и среднем 2—3 мЗв (200—300 мбэр).