Радиация, ее влияние на человека - Экология - Скачать бесплатно
1. Основные понятия, термины и определения
Радиация, проникающая радиация, радиационная защита, защита от
ионизирующих и рентгеновских излучений, нуклиды, радионуклиды и т.п.
Многообразие этих терминов, которые в какой-то степени
повторяют друг друга, нередко приводит к неоднозначному пониманию и
толкованию.
С некоторым допущением можно сказать, что радиация - это
явление, происходящее в радиоактивных элементах, ядерных реакторах,
при ядерных взрывах, сопровождающееся испусканием частиц и
различными излучениями, в результате чего возникают вредные и
опасные факторы, воздействующие на людей. Следовательно, термин
«ионизирующие излучения» есть одна из сторон проявления физико-
химических процессов, протекающих в радиоактивных элементах.
Термин «проникающая радиация» следует понимать как поражающий
фактор ионизирующих излучений, возникающих, например, при взрыве
атомного реактора.
Ионизирующее излучение - это любое излучение, вызывающее
ионизацию среды, т.е. протекание электрических токов в этой среде,
в том числе и в организме человека, что часто приводит к
разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжелым
последствиям.
2.Источники и виды ионизирующих излучений
Источниками ионизирующих излучений являются радиоактивных
элементы и их изотопы, ядерные реакторы, ускорители заряженными
частиц и др. рентгеновские установки и высоковольтные источники
постоянного тока относятся к источникам рентгеновского излучения.
Здесь следует отметить, что при нормальном режиме их
эксплуатации радиационная опасность незначительна. Она наступает при
возникновении аварийного режима и может долго проявлять себя при
радиоактивном заражении местности.
Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитное
(гамма-излучение и рентгеновское излучение) и корпускулярное,
представляющее собой (- и (-частицы, нейтроны и др.
По своим свойствам (-частицы обладают малой проникающей
способностью и не представляют опасности до тех пор, пока
радиоактивные вещества, испускающие (-частицы, не попадут внутрь
организма через рану, с пищей или вдыхаемым воздухом; тогда они
становятся чрезвычайно опасными.
(-частицы могут проникать в ткани организма на глубину один –
два сантиметра.
Большой проникающей способностью обладает (-излучение, которое
распространяется со скоростью света; его может задержать лишь
толстая свинцовая или бетонная плита.
3. Понятие о нуклидах и радионуклидах
Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу
«нуклидов». Большинство нуклидов нестабильны, т.е. они все время
превращаются в другие нуклиды.
Например, атом урана-238 время от времени испускает два протона
и два нейтрона ((-частицы). Уран превращается в торий-234, но торий
также нестабилен. В конечном итоге эта цепочка превращений
оканчивается стабильным нуклидом свинца.
Самопроизвольный распад нестабильного нуклида называется
радиоактивным распадом, а сам такой нуклид - радионуклидом. При
каждом распаде высвобождается энергия, которая и передается дальше
в виде излучения. Поэтому можно сказать, что в определенной степени
испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух
нейтронов, - это (-излучение, испускание электрона - (-излучение, и, в
некоторых случаях, возникает (-излучение.
Образование и рассеивание радионуклидов приводит к
радиоактивному заражению воздуха, почвы, воды, что требует
постоянного контроля их содержания и принятия мер по нейтрализации.
4. Радиация вокруг нас
Как все-таки действует радиация на человека и окружающую среду?
Это одна из многих сегодняшних проблем, которая приковывает к себе
внимание огромного количества людей.
Радиация действительно опасна: в больших дозах она приводит к
поражению тканей, живой клетки, в малых - вызывает раковые явления
и способствует генетическим изменениям.
Однако опасность представляют вовсе не те источники радиации,
о которых больше всего говорят. Радиация, связанная с развитием
атомной энергетики, составляет лишь малую долю, существенную часть
облучения население получает от естественных источников радиации: из
космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре, от
применения рентгеновских лучей в медицине, во время полета на
самолете, от каменного угля, сжигаемого в бесчисленном количестве
различными котельными и т.д.
Сама по себе радиоактивность - явление не новое, как считают
некоторые, связывая ее возникновение со строительством АЭС и
появлением ядерных боеприпасов. Она существовала на Земле задолго до
зарождения жизни. С тех пор как образовалась наша Вселенная
(порядка 20 миллиардов лет назад), радиация постоянно наполняет
космическое пространство.
Многие удивляются, узнав, что человек, хотя в чрезвычайно
малой мере, но тоже радиоактивен. В его мышцах, костях и других
тканях присутствуют мизерные количества радиоактивных веществ.
Однако с момента открытия радиации как явления не прошло и
ста лет.
Так как основную часть дозы облучения население получает от
естественных источников, то большинства из них избежать просто
невозможно.
Человек подвергается двум видам облучения: внешнему и
внутреннему. Дозы облучения сильно различаются и зависят, главным
образом, от того, где люди живут.
4.1. Источники внешнего облучения
Радиоактивный фон, создаваемый космическими лучами (0,3 мЗв/год),
дает чуть меньше половины всего внешнего облучения (0,65 мЗв/год),
получаемого населением. Нет такого места на Земле, куда бы ни
проникали космические лучи. При этом надо отметить, что Северный и
Южный полюса получают больше радиации, чем экваториальные районы.
Происходит это из-за наличия у Земли магнитного поля, силовые
линии которого входят и выходят у полюсов.
Однако более существенную роль играет место нахождения
человека. Чем выше поднимается он над уровнем моря, тем сильнее
становится облучение, ибо толщина воздушной прослойки и ее
плотность по мере подъема уменьшается, а следовательно, падают
защитные свойства.
Те, кто живет на уровне моря, в год получают дозу внешнего
облучения приблизительно 0,3 мЗв, на высоте 4000 метров – уже 1,7
мЗв. На высоте 12 км доза облучения за счет космических лучей
возрастает приблизительно в 25 раз по сравнению с земной. Экипажи
и пассажиры самолетов при перелете на расстояние 2400 км получают
дозу облучения 10 мкЗм (0,01 мЗв или 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.
Земная радиация, дающая ориентировочно 0,35 мЗв/год внешнего
облучения, исходит в основном от тех пород полезных ископаемых,
которые содержат калий – 40, рубидий – 87, уран – 238, торий – 232.
Естественно, уровни земной радиации на нашей планете неодинаковы и
колеблются большей частью от 0,3 до 0,6 мЗв/год. Есть такие места,
где эти показатели во много раз выше.
4.2. Внутреннее облучение населения
Внутренне облучение населения от естественных источников на две
трети 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, полония – 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, который
употребляют олени в пищу зимой, концентрирует в себе значительные
количества радиоактивных изотопов полония и свинца.
Недавно ученые установили, что наиболее весомым из всех
естественных источников радиации является радиоактивный газ радон -
это невидимый, не имеющий ни вкуса, ни запаха газ, который в
7,5 раз тяжелее воздуха. В природе радон встречается в двух
основных видах: радон – 222 и радон – 220. Основная часть радиации
исходит не от самого радона, а от дочерних продуктов распада,
поэтому значительную часть дозы облучения человек получает от
радионуклидов радона, попадающих в организм вместе с вдыхаемым
воздухом.
Радон высвобождается из земной коры повсеместно, поэтому
максимальную часть облучения от него человек получает, находясь в
закрытом, непроветриваемом помещении нижних этажей зданий, куда газ
просачивается через фундамент и пол. Концентрация его в закрытых
помещениях обычно в 8 раз выше, чем на улице, а на верхних
этажах ниже, чем на первом.
Дерево, кирпич, бетон выделяют небольшое количество газа, а
вот гранит и железо - значительно больше. Очень радиоактивны
глиноземы. Относительно высокой радиоактивностью обладают некоторые
отходы промышленности, используемые в строительстве, например, кирпич
из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в
черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля).
Другими источниками поступления радона в жилые помещения
являются вода и природный газ. Надо помнить, что в сырой воде его
намного больше, а при кипячении радон улетучивается, поэтому
основную опасность представляет собой его попадание в легкие с
парами воды. Чаще всего это происходит в ванной комнате при
приеме горячего душа.
Точно такую же опасность радон представляет, смешиваясь под
землей с природным газом, который при сжигании в кухонных плитах,
отопительных и других нагревательных приборах попадает в помещение.
Концентрация его сильно увеличивается при отсутствии хороших
вытяжных систем.
Также нельзя забывать, что при сжигании угля значительная часть
его компонентов спекается в шлак или золу, где концентрируются
радиоактивные вещества. Более легкая из них часть - зольная пыль -
уносится в воздух, что также приводит к дополнительному облучению
людей.
Из печек и каминов всего мира вылетает в атмосферу зольной
пыли не меньше, чем из труб электростанции.
За последние десятилетия человек усиленно занимался проблемами
ядерной физики. Он создал сотни искусственных радионуклидов,
научился использовать возможности атома в самых различных отраслях
- в медицине, при производстве электро- и тепловой энергии,
изготовлении светящихся циферблатов часов, множества приборов, при
поиске полезных ископаемых и в военном деле. Все это, естественно,
приводит к дополнительному облучению людей. В большинстве случаев
дозы невелики, но иногда техногенные источники оказываются во много
тысяч раз интенсивнее, чем естественные.
Медицинские процедуры и методы лечения, связанные с применением
радиоактивности, вносят основной вклад в дозу, получаемую человеком
от техногенных источников. Так, при рентгенографии зубов человек
получает местное разовое облучение 0,03 Зв (3 бэр), при при
рентгенографии желудка - 0,3 Зв (30 бэр), при флюорографии – 3,7 мЗв
(370 мбэр).
Ядерные взрывы тоже вносят свою лепту в увеличение дозы
облучения человека. Радиоактивные осадки от испытаний в атмосфере
разносятся по всей планете, повышая общий уровень загрязненности.
Испытания эти проходили в два периода:
> первый (1954 – 1958 гг.), когда взрывы проводили
Великобритания, США и СССР;
> второй (1961 – 1962 гг.) – более значительный, когда
взрывы проводили в основном США и СССР.
Всего ядерных испытаний в атмосфере произведено: Китаем – 193,
СССР – 142, Францией – 45, США – 22, Великобританией – 21. После 1980 года
взрывы в атмосфере практически прекратились. Подземные же испытания
продолжаются до сих пор.
Атомная энергетика, хотя и вносит в суммарное облучение
населения незначительный вклад, является предметом интенсивных
споров. Если ядерные установки работают нормально, то и выбросы
радиоактивных материалов в окружающую среду очень малы.
Каждому понятно, что доза облучения от ядерного реактора
зависит от времени и расстояния. Чем дальше человек живет от АЭС,
тем меньшую дозу он получает. Дело в том, что большинство
радионуклидов, выбрасываемых в атмосферу, быстро распадаются, и
поэтому они имеют только местное значение. Конечно, есть и
долгоживущие, которые могут распространяться по всему земному шару
и оставаться в окружающей среде практически бесконечно.
Другим источником загрязнения радиоактивными веществами служат
рудники и обогатительные фабрики. В процессе переработки урановой
руды образуется огромное количество отходов - «хвостов», которые
остаются радиоактивными в течение миллионов лет. Они - главный
долгоживущий источник облучения населения. Подводя итог, надо
сказать, что средние дозы облучения от атомной энергетики весьма
малы по сравнению с дозами, получаемыми от естественных источников
(более 1%).
В промышленности и в быту из-за применения различных
технических средств люди тоже получают дополнительное, хотя и
небольшое, облучение. Например, работники, которые участвуют в
производстве люминофоров с использованием радиоактивных материалов, на
заводах стройиндустрии и промплощадках, где используются установки
промышленной дефектоскопии. Под землей повышенные дозы получают
шахтеры, рудокопы, 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 утечкой на АЭС. На расстоянии 1 метра от
циферблата излучение, как правило, в 10000 раз слабее, чем в 1
сантиметре.
Источник рентгеновского излучения - цветной телевизор. При
просмотре, например, одного хоккейного матча человек получает
облучение 0,1мкЗв (1мкбэр). Если смотреть передачи в течении года
ежедневно по 3 часа, то доза облучения составит 5 мкЗв.
Таким образом, в современных условиях при наличии высокого
естественного радиационного фона, при действующих технологических
процессах каждый житель Земли ежегодно получает дозу облучения в
среднем 2 – 3 мЗв (200 – 300 мбэр).
5. Воздействие и критерии опасности ионизирующих
излучений
5.1. Воздействие ионизирующих излучений
Любой вид ионизирующих излучений вызывает биологические
изменения в организме как при внешнем (источник находится вне
организма), так и при внутреннем облучении (радиоактивные вещества,
т.е. частицы, попадают внутрь организма с пищей, через органы
дыхания).
Однократное облучение вызывает биологические нарушения, которые
зависят от суммарной поглощенной дозы. Так при дозе до 0,25 Гр
видимых нарушений нет, но уже при 4 – 5 Гр смертельные случаи
составляют 50% от общего числа пострадавших, а при 6 Гр и более -
100% пострадавших. (Здесь: Гр – грей).
Основной механизм действия связан с процессами ионизации атомов
и молекул живой материи, в частности молекул воды, содержащихся в
клетках. Они-то как раз и подвергаются интенсивному разрушению.
Вызванные изменения могут быть обратимыми или необратимыми и
протекать в хронической форме лучевой болезни.
5.2. Критерии опасности ионизирующих излучений
Степень воздействия ионизирующих излучений на живой организм
зависит от мощности дозы облучения, продолжительности этого
воздействия и вида излучения и радионуклида, попавшего внутрь
организма.
Для количественной оценки ионизирующего действия рентгеновского
и (-излучения в сухом атмосферном воздухе используется понятие
экспозиционной дозы. За единицу экспозиционной дозы принимают кулон
на килограмм (Кл/кг). Применяется также внесистемная единица - рентген
(Р): 1Р = 2,58*10-4 Кл/кг.
Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы
облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой и
измеряется в системе СИ в греях (1 Гр = 1 Дж/кг). Применяется также
прежняя единица – рад (1 рад = 0,01
|
