Медико-тактическая характеристика зон радиоактивного загрязнения при авариях на радиационно опасных объектах

Проникающая радиация (ионизирующие излучения) представляет большую опас­ность для здоровья и жизни людей. В больших дозах она вызывает серьезные поражения тканей организма, а в малых — онкологические заболевания, провоци­рует генетические дефекты, которые могут проявляться не только у детей и внуков, но и у более отдаленных потомков человека, подвергшегося облучению.

В природе существует некоторое количество химических элементов, ядра ато­мов которых самопроизвольно превращаются в ядра других элементов. Эти превра­щения сопровождаются излучением, которое назвали ионизирующим излучением, а само явление распада ядер — радиоактивностью.

Ионизирующие излучения представляют собой потоки элементарных частиц и квантов электромагнитного излучения, способных вызывать ионизацию атомов и молекул среды, в которой они распространяются.

К ионизирующим излучениям относятся:

— альфа-излучение (а-излучение), состоящее из альфа-частиц (ядра гелия);

— бета- излучение ((3-излучение), представляющее собой поток электронов или позитронов;

— гамма-излучение (у-излучение), фотонное (электромагнитное) излучение, по своей природе и свойствам не отличается от рентгеновских лучей.

Излучения разных видов оказывают неодинаковое воздействие на организм, что объясняется разной их ионизирующей способностью (ионизация — превращение атомов и молекул облучаемой среды в положительно и отрицательно заряженные частицы-ионы).

Так, альфа-излучения, представляющие собой тяжелые имеющие заряд части­цы, обладают наибольшей ионизирующей способностью. Но их энергия, вслед­ствие ионизации, быстро уменьшается. Поэтому альфа-излучения не способны проникнуть через наружный (роговой) слой кожи и не представляют опасности для человека до тех пор, пока вещества, испускающие альфа-частицы не попадут внутрь организма.

Бета-частицы на пути своего движения реже сталкиваются с нейтральными молекулами, поэтому ионизирующая их способность меньше, чем у альфа-излуче­ния. Потеря же энергии при этом происходит медленнее и проникающая способ­ность в тканях организма больше (1—2 см). Бета-излучения опасны для человека, особенно при попадании радиоактивных веществ на кожу или внутрь организма.

Гамма-излучение обладает сравнительно небольшой ионизирующей актив­ностью, но в силу очень высокой проникающей способности представляет боль­шую опасность для человека.

Известно, что ядро атома состоит из нескольких более мелких частиц. Hi:

которые из них имеют положительный заряд и называются протонами. Гк. числу протонов в ядре определяют, к какому химическому элементу относится данный атом. Так, ядро атома водорода содержит один протон, а тория — девя­носто. Электрически нейтральные частицы, присутствующие в ядре, называются нейтронами.

Ядра атомов одного и того же элемента содержат одинаковое число протонов, а число нейтронов может быть разным. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но разным количеством нейтронов, называют изотопами данного эле­мента. Чтобы отличить изотопы, к их названиям или символам, приписывают число, указывающее на количество всех частиц в его ядре, Например, уран-235 (U-235), уран-238 (U-238), стронций-90 (Sr-90), стронций-89 (Sr-89) и т. п.

Различают стабильные (устойчивые) и радиоактивные изотопы. Первые, без внешнего воздействия, не претерпевают никаких превращений. Вторые все время превращаются в другие радиоактивные изотопы или стабильные элементы.

Число ядерных превращений (распадов) в единицу времени называют актив­ностью. За единицу активности радиоактивного вещества в Международной систе­ме единиц (система СИ) принят беккерель (Бк). Один беккерель соответствует одному распаду в секунду для любого радиоактивного вещества. На практике часто используется внесистемная единица активности — кюри (Ки). Один кюри — такое количество вещества, в котором за одну секунду происходит 37 миллиардов актов распада. Кюри большая единица радиоактивности, поэтому чаще применяются более мелкие единицы активности: милликюри (мКи) — тысячная доля кюри и микрокюри (мкКи) — миллионная доля кюри. 1 Ки = 3,7 10¹⁰ Бк.

Время, в течение которого радиоактивное вещество (РВ) теряет половину своей активности, называют периодом полураспада (Т Уз)" Каждое радиоактивное веще­ство характеризуется неизменным, присущим только ему, периодом полураспада. Так, Т Уз урана-238 равен 4,47 миллиардов лет, а полония-214 — 0,000164 секунды. Период полураспада цезия-137 30 лет; если взять 1 г этого вещества, то через 30 лет останется 0,5 г, через 60 — 0,25 г и т. д.

Мерой поражающего действия ионизирующих излучений является доза этих излучений.

Поглощенная доза — количество энергии ионизирующих излучений, погло­щенное тканями, в пересчете на единицу массы. Поглощенная доза в системе СИ измеряется в греях (Гр). Внесистемная единица — рад. При переходе от внесистем-ных единиц к системным исходят из следующих соотношений: 100 рад = 1 Гр. Малые величины поглощенной дозы выражают в тысячных и миллионных долях грея и рада (мГр, мкГр и мрад, мкрад).

Но поглощенная доза не учитывает того, что, при одинаковой ее величине, биологический эффект от действия альфа-излучения будет значительно больше, чем от гамма- и бета-излучения. Иначе говоря, поражающее действие альфа-частиц выше, чем ионизирующих излучений других видов.

Для количественного учета неблагоприятного воздействия различных видов излучения используется понятие эквивалентной дозы. Эквивалентная доза (Дэкв.) определяется путем умножения поглощенной дозы (Дпог.) на коэффициент ка­чества излучения (Q), отражающий способность излучения данного вида повреж­дать ткани организма. Для рентгеновского, гамма- и бета-излучения коэффициент качества равен 1, а для альфа-излучения — 20. В системе СИ эквивалентная доза измеряется в зивертах (Зв), внесистемная единица — бэр (биологический эквива­лент рада). Малые величины эквивалентной дозы определяются в тысячных долях зиверта и бэра (мЗв, мбэр) и миллионных — (мкЗв, мкбэр).

Для оценки степени опасности пребывания на загрязненной радиоактивными веществами территории необходимо знать мощность дозы излучения на том или

ином ее участке. Под мощностью дозы понимают величину дозы, отнесенную к единице времени. Единицы мощности дозы грей в секунду (Гр/сек) и внесистем-ная — рад в час (рад/час). 1 рад/час =2,77 • 10~⁶ Гр/сек.

Степень загрязнения радиоактивными веществами местности (почвы) и различ­ных объектов внешней среды оценивается активностью в Бк или Ки (см. выше).

Радиоактивность и сопровождающие ее ионизирующие излучения — вечно существующие явления. Зарождение и развитие жизни на земле происходило в присутствии естественного радиационного фона.

Естественный радиационный фон образуют космические лучи и радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, атмосфере, воде, пище, растениях и живых организмах.

Среднегодовые индивидуальные дозы облучения населения за счет естествен­ных источников составляют около 2 мЗв (200 мбэр). Из них примерно 1,675 мЗв (167,5 мбэр) земного происхождения и 0,315 мЗв (31,5 мбэр) — космического.

Приблизительно Уз дозы, накопленной человеком от естественных источников, обусловлены радиоактивными веществами, попавшими в организм с вдыхаемым воздухом, пищей или водой (внутреннее облучение). А остальная часть дозы приходится на источники, находящиеся вне организма (внешнее облучение).

Степень радиационного воздействия естественных источников на человека за­висит от многих факторов и может отклоняться в сторону увеличения и наоборот. Так, на людей, живущих в горах, в большей мере действует космическое излучение, и уровень облучения растет с высотой, поскольку толщина слоя атмосферы, играющего роль защитного экрана, при этом уменьшается. Неодинаковы и уровни земной радиации для разных мест, что зависит от концентрации радиоактивных веществ в земной коре.

По оценке Научного Комитета по действию атомной радиации ООН, примерно -У4 среднегодовой дозы облучения населения от земных источников радиации, приходится на радон и продукты его радиоактивного распада. Радон высвобожда­ется повсеместно из земной коры. Поступает в помещения, просачиваясь через фундамент и пол из грунта, выделяясь из материалов строительных конструкций (бетон, фосфогипс и др.), а также с природным газом и водой, особенно при пользовании душем. В плохо вентилируемых помещениях концентрации радона могут быть в 8 раз выше, чем в наружном воздухе.

Радон попадает в организм с вдыхаемым воздухом и, по мнению специалистов, является одной из основных причин рака легких.

Наиболее значимыми из техногенных (созданные человеком) источников ради­ации являются используемые в медицинских целях (диагностика, лечение) и стро­ительные материалы.

Среднегодовая индивидуальная доза облучения населения от источников ради­ации, используемых в медицине, около 1,5 мЗв (150 мбэр). Разумеется, индивиду­альные дозы, получаемые разными людьми, сильно различаются и колеблются в пределах 0,03—6,0 мЗв (3—600 мбэр). Значительно больше дозы облучения медпер­сонала, работающего с источниками ионизирующих излучений. Среднегодовая доза, получаемая населением от строительных материалов, около 1 мЗв (100 мбэр), при этом дерево и кирпич обладают значительно меньшей радиоактивностью, чем гранит и пемза, используемые при строительстве.

При нормальной работе ядерных энергетических установок, в том числе и реакторов атомных электростанций, выбросы в окружающую среду радиоактивных веществ небольшие. Среднегодовая индивидуальная доза населения от всех дейст­вующих на земле атомных электростанций равна 0,00017 мЗв (0,017 мбэр). Эта доза является незначительным вкладом в среднюю суммарную дозу, получаемую насе­лением от всех источников неаварийного облучения, составляющую около 5 мЗв (500 мбэр) в год.

Приведенные цифры отнесены к условиям нормальной (неаварийной) работы атомных энергетических установок. Однако, дозы облучения населения при авари­ях, сопровождающихся выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду, могут оказаться гораздо больше.

Ядерные энергетические установки и другие объекты экономики, при авариях и разрушениях которых могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных и растений, называют радиационно опасными объектами (РОО).

К РОО относятся атомные станции (атомные электростанции, атомные станции теплоснабжения, атомные энерготехнологические станции), предприятия ядерного топливного цикла и др.

В настоящее время в мире работают сотни ядерных энергетических установок. Подавляющее их большинство предназначено для выработки электроэнергии. Атомные электростанции (АЭС) экономичнее топливных станций, и при правиль­ной их эксплуатации ялвяются самыми чистыми источниками получения энергии, в отличие от тепловых электростанций, не загрязняют атмосферу дымом и сажей.

На АЭС в качестве ядерного топлива используется преимущественно двуокись урана-238, обогащенная ураном-235. Топливо находится в тепловыделяющих эле­ментах (ТВЭЛ), размещающихся в активной зоне реактора, где происходит цепная ядерная реакция (самоподдерживающаяся реакция деления ядер ядерного топлива). Выделяющееся в ходе реакции тепло используется для получения электроэнергии.

В ходе реакции в ТВЭЛах накапливаются продукты ядерного деления (ПЯД), около 200 радиоактивных изотопов, которые по своему качественному составу не отличаются от продуктов, образующихся при взрывах ядерных боеприпасов. Коли­чественное различие между ПЯД и продуктами ядерного взрыва заключается в том, что реакция деления в ТВЭЛах протекает не мгновенно, как при ядерном взрыве, а длится многие месяцы. За это время короткоживущие элементы распадаются, при одновременном накоплении продуктов деления с большим периодом полураспада.

Количество и изотопный состав ПЯД ядерного топлива зависит от типа, энер­гетической мощности и продолжительности работы реактора.

За время эксплуатации атомных энергетических станций в ряде стран произош­ло более 100 аварий с выбросом радиоактивных веществ в окружающую среду.

Выброс радиоактивных веществ за пределы ядерно-энергетического реактора, в результате чего может создаваться повышенная радиационная опасность, представ­ляющая собой угрозу для жизни и здоровья людей, называется радиационной аварией.

В зависимости от границ распространения радиоактивных веществ и радиаци­онных последствий выделяют: локальные аварии (радиационные последствия огра­ничиваются одним зданием, сооружением с возможным облучением персонала), местные аварии (радиационные последствия ограничиваются территорией АЭС)

и общие аварии (радиационные последствия распространяются за границу тер­ритории АЭС).

26 апреля 1986 г. произошла крупная авария на 4-м блоке Чернобыльской АЭС с частичным разрушением активной зоны реактора и выбросом радиоактивных веществ за пределы блока. Поскольку авария произошла перед остановкой блока на плановый ремонт, в реакторе накопилось большое количество радиоактивных продуктов деления. Суммарный выброс продуктов деления, не считая радиоактив­ных благородных газов, составила 50 МКи (миллионов кюри), что составляет примерно 3,5% общего количества радиоактивных веществ в реакторе на момент аварии.

Выброс продолжался с 26 апреля по 5 мая 1986 г. в разных атмосферных условиях (направление и скорость ветра и др.), поэтому радиоактивные вещества распространялись по нескольким направлениям под влиянием движения призем­ных слоев воздуха, загрязняя местность с разной степенью интенсивности, созда­вая мозаичную картину на местности (рис. 2).

В первые часы и сутки после аварии действие на людей загрязнения окружаю­щей среды определяется внешним облучением от радиоактивного облака (продук­ты деления ядерного топлива, смешанные с воздухом) радиоактивных выпадений на местности (продукты деления, выпадающие из радиоактивного облака), внут­ренним облучением вследствие вдыхания радиоактивных веществ из облака, а также за счет загрязнения поверхности тела человека этими веществами.

В дальнейшем, в течение многих лет, накопление дозы облучения будет проис­ходить за счет употребления загрязненных продуктов питания и воды.

Важной особенностью аварийного выброса радиоактивных веществ является то, что они представляют собой мелкодисперсные частицы, обладающие свойством плотного сцепления с поверхностями предметов, особенно металлических, а также способностью сорбироваться одеждой и кожными покровами человека, проникать в протоки потовых и сальных желез. Это снижает эффективность дезактивации (удаление радиоактивных веществ) и санитарной обработки (мероприятия по лик­видации загрязнения поверхности тела человека).

Доля активности радиоактивных веществ, выброшенных из реактора при ава­рии на Чернобыльской АЭС, составила: йод-131 — 20%; цезий-137 — 13%; цезий-134 — 10%; барий-140 —- 5,6%; стронций-89 — 4%; стронций-90 -- 4% и другие — менее 4%.

В связи с тем, что период полураспада основных продуктов деления, вызвавших радиоактивное загрязнение, относительно велик, за исключением йода-131, умень­шение мощности дозы происходит медленно. Например, мощность дозы гамма-из­лучения на местности к концу первого года уменьшается в 90 раз по сравнению с мощностью дозы на 1 час после аварии. При заражении же территории продуктами ядерного взрыва, мощность дозы за этот срок уменьшается в 20 тыс. раз.

В первые месяцы, особенно дни и недели, значительную опасность представля­ет йод-131, поступающий в организм (инкорпорация) с вдыхаемым воздухом, а также с загрязненными пищевыми продуктами и водой. Этот радиоактивный изотоп йода, попадая из крови в небольшую по объему и массе (25—30 г) щитовид­ную железу, накапливается в ней. При распаде йода-131 выделяются бета-частицы, непосредственно воздействующие на ткани железы. Учитывая короткий период полураспада йода-131 (8 дней), создается опасность интенсивного облучения этой весьма чувствительной к радиации эндокринной железы.

Радиоактивный стронций накапливается в костях, а цезий — в мышечной ткани. Период полураспада этих радиоактивных веществ около 30 лет, что обуслов­ливает возможность длительного их поступления в организм с водой и пищевыми продуктами, выращенными на загрязненной территории.

При одноразовом выбросе радиоактивных веществ из аварийного реактора и устойчивом ветре движение радиоактивного облака происходит в одном направле­нии. Складывающаяся при этом радиационная обстановка не столь сложная, как при многократном или растянутом во времени выбросе радиоактивных веществ и резко меняющихся метеорологических условиях.

След радиоактивного облака, формирующийся в результате выпадения радио­активных веществ из облака на поверхность земли при одноразовом выбросе, имеет вид эллипса (см. рис. 3). На территории следа условно выделяются зоны радиоактивного загрязнения (М, А, Б, В и Г), характеризующиеся мощностью дозы излучения на 1 час после аварии и дозами излучения на внешней и внутренней границах каждой зоны, за первый год с момента аварии (см. табл. 4).

Таблица 4