6.2.3. Искусственный радиационный фон.

За последние десятилетия человек создал несколько тысяч искусственных радионуклидов, ввел в практику использование установок, испускающих излучения, научился использовать энергию атома в самых разных целях. По состоянию на 31 декабря 2009 г. только в России количество организаций, предприятий и учреждений, осуществлявших свою деятельность в области использования атомной энергии под надзором межрегиональных территориальных управлений по надзору за ядерной и радиационной безопасностью, составляло 2271. Поднадзорные объекты имели в своем составе 4738 стационарных радиационных источников, 1438 пунктов, где проводились работы с радиоактивными веществами, радиоактивными отходами и радионуклидными источниками.

Например, в металлургической промышленности России в 2007 г. использовалось более 10 тыс. приборов, содержащих источники ионизирующих излучений, а также твердые радиоактивные отходы в виде радиоактивного металлического лома. В судостроительной промышленности на 20 судостроительных и судоремонтных заводах и предприятиях используются радиоактивные источники специального назначения, содержащие радионуклиды до 1800 наименований. Все это приводит к увеличению дозы облучения, как отдельных лиц, так и населения Земли в целом.

По типу и характеру испускаемого излучения искусственные источники излучения ни чем не отличаются от естественных, однако их удельная мощность значительно выше, что, как правило, требует применения специальных и сложных систем защиты, обеспечивающих радиационную безопасность.

Неизбежным является попадание искусственных радионуклидов в окружающую среду и их включение в биогеохимические круговороты веществ в биосфере. Так же, как и естественные радионуклиды, долгоживущие искусственные радионуклиды глобального радиоактивного загрязнения, например, ¹³⁷Cs или ⁹⁰Sr присутствуют в любом живом организме планеты. Они появились в последние 60 лет и хотя с точки зрения радиационного воздействия их роль практически нулевая, с точки зрения общебиологических аспектов – это новый фактор (исключая радиационные аспекты) окружающей среды, к которому естественно никакая экосистема не сумела еще адаптироваться.

В отличие от естественного фонового излучения индивидуальные дозы от искусственных источников радиации сильно различаются. Так, индивидуальные дозы от медицинских обследований варьируют от нуля (кто ни разу не проходил рентгенологического обследования) до многих тысяч среднегодовых "естественных" доз (для пациентов, которые лечатся от рака). В связи с этим возникают трудности определения коллективных эффективных доз за счет искусственного радиационного фона, поэтому к приводимым ниже цифрам необходимо относиться, как к грубым оценкам, которые будут уточняться по мере накопления информации.

К наиболее значимым источникам искусственного радиационного фона можно отнести использование ионизирующих излучений в медицине, загрязнения, связанные с ядерными испытаниями и ядерным топливным циклом.

Радиационный фон от загрязнений биосферы, вызванных ядерными испытаниями

Радиоактивное загрязнение окружающей среды и дополнительные радиационные нагрузки от глобального загрязнения в результате испытаний ядерного оружия - один из ярких примеров глобального радиоактивного загрязнения окружающей среды в результате деятельности человека. В период с 1945 по 1980 гг. разными странами было проведено 543 ядерных испытания в атмосфере суммарной мощностью 440 Мт.

В табл. 6.10 приведены последние данные о количестве и суммарной мощности взрывов, произведенных в атмосфере разными странами в период с 1945-1980 гг. Здесь же приведены сведения о распределении мощности зарядов, поступившей в разные области атмосферы.

Таблица 6.10.

Количество испытаний и мощность взрывов, проведенных разными странами.

страна	Число испытаний	Мощность, Мт			Распределение мощности
		Деле ние	Син тез	Сумма	Лока льно	Тропо сфера	Страто сфера
Китай	22	12,2	8,5	20,7	0,15	0,66	11,40
Франция	45	6,17	4,02	10,20	0,23	0,57	5,37
Англия	21	4,22	3,83	8,05	0,07	1,76	2,39
США	197	81,5	72,2	153,8	28,2	8,25	44,9
СССР	219	83,5	162,0	247,3	0,13	4,28	80,8
мир	543	189	251	440	29	16	145

Из приведенных данных видно, что основная доля активности при ядерных испытаниях попадала в стратосферу, что вело к глобальному загрязнению всех элементов биосферы.

Радионуклиды, попавшие в верхние слои стратосферы, подвергаются глобальному перемешиванию и обуславливают основную часть глобального радиоактивного загрязнения окружающей среды долгоживущими продуктами деления и синтеза. Аэрозоли и газы в самых верхних слоях атмосферы перемешиваются и опускаются за счет гравитационного осаждения в ниже лежащие слои и вовлекаются в нерегулярные потоки воздушных масс.. Среднее время перехода аэрозолей из верхних слоев атмосферы в стратосферу оценивается в 2 года, из верхней стратосферы в ниже лежащие ее слои в 6-9 месяцев и миграция из нижней стратосферы в тропосферу колеблется от 3 до 12 месяцев в полярных областях и от 8 до 36 месяцев в экваториальных областях. В итоге суммарное пребывание радиоактивных аэрозолей в атмосфере Земли составляет от 3 до 5 лет. За это время все короткоживущие радионуклиды успевают распасться, и на биоту у поверхности Земли и в почве оказывают воздействие лишь долгоживущие радионуклиды, основными из которых являются ³H ,¹⁴С, ¹³⁷ Cs, ⁹⁵Zr, ⁹⁰Sr, ¹⁰⁶Ru, ¹⁴⁴Сe, трансурановые элементы. В табл.6.11 приведены рассчитанные выбросы долгоживущих радионуклидов.

Таблица 6.11.. Выбросы радионуклидов при

ядерных испытаниях

На основе развитой модели миграции радионуклидов в атмосфере и выпадения на поверхность Земли были вычислены плотности выпадений радионуклидов с учетом широтного эффекта и распределения населения по широте. Большинство радионуклидов давали высокую плотность выпадений во время проведения испытаний; начиная с 1965 г. все выпадения определяются ⁹⁰Sr и ¹³⁷Cs, которые к 2000 г. стали доминирующими. Мощные термоядерные взрывы сопровождались глобальным загрязнением атмосферы ³Н и ¹⁴С. Основным путем формирования дозы этими радионуклидами является их поступление в организм с пищевым рационом.

Оцененная максимальная среднемировая индивидуальная эффективная доза наблюдалась в 1963 г и равнялась 0,11 мЗв/год. К 1990 г. она понизилась до 6 мкЗв/год. Основной вклад в дозу давало внешнее облучение ¹³⁷Cs. В настоящее время вклад от внешнего облучения ¹³⁷Cs и от поступления с пищевым рационом ¹⁴С практически одинаковый (53 и 47% соответственно).

Динамика формирования дозы по годам и путям воздействия на организм человека показана на рис.6.5.

Р ис.6.5. Годовые эффективные дозы формируемые по разным путям воздействия.

По данным на 1999 г. средняя годовая индивидуальная эффективная доза, взвешенная по населению северного полушария, составляла 5,9 мкЗв/год (3,16 мкЗв/год – внешнее облучение; 2,71 мкЗв/год – внутреннее от поступления с пищей), аналогичные данные для южного полушария – 2,68 мкЗв/год (0,79 мкЗв/год – внешнее облучение; 1,89 мкЗв/год – внутреннее) и усредненные по населению всего мира - 5,51 мкЗв/год (2,9 мкЗв/год – внешнее облучение; 2,61 мкЗв/год – внутреннее). Доза внешнего облучения в 4 раза для жителей южного полушария ниже, чем для северного, что обусловлено большим загрязнением ¹³⁷Cs почв северного полушария. Меньшая разница в дозах внутреннего облучения связана с более интенсивным перемешиванием ¹⁴С между полушариями.

В целом, оценивая глобальное радиоактивное загрязнение биосферы в результате проведенных испытаний ядерного оружия, можно констатировать, что максимальное радиационное воздействие наблюдалось в 1963 году и составляло примерно 5% от естественного фонового облучения, в настоящее время оно не превышает 0,2% от естественного фона.

Радиационный фон при использовании радиации в медицине

Более 100 лет ионизирующие излучения используются в медицине и в настоящее время это уже привычная рутинная диагностическая или терапевтическая процедура. Это неизбежно ведет к тому, что медицинская радиология дает существенный, может даже определяющий вклад в дополнительное облучение. И тем не менее, использование радиоактивных излучений в медицине - яркий пример анализа выгода - ущерб, в котором выгоды от использования ионизирующих излучений значительно превышают наносимый ущерб, исходя из концепции приемлемого риска.

Можно ожидать, что облучаемость населения мира в целом будет расти за счет развития медицинской техники в странах, находящихся на стадии ее развития. С другой стороны все более проявляются тенденции к пересмотру сложившейся практики использования ионизирующих излучений в диагностике, направленные на снижение индивидуальных доз за процедуру, замену ионизирующей радиации на другие способы диагностики, оптимизацию использования той или иной процедуры, приводящую к снижению дозовых нагрузок.

При использовании ионизирующих излучений в медицине необходимо выделить три основные области их применения.

1. Диагностические исследования с использованием рентгеновской техники – радиография, флюороскопия, компьютерная томография, костная денситометрия и т.д. и радиофармпрепаратов, вводимых внутрь организма, (ядерная медицина). Задача состоит в получении максимальной диагностической информации при минимальных дозах облучения.

2. Терапевтические процедуры с небольшим контингентом облучаемых, но при больших дозовых нагрузках. Задача состоит в полном уничтожении раковых клеток при минимальном повреждении здоровых. Обычно для этих целей используется внешнее облучение на мощных источниках излучений (специальные установки и радионуклиды), реже вводятся радионуклиды внутрь организма.

3. Использование радиации для тканевого анализа с целью выяснения в клинической практике состояния пациента, например, нейтронный активационный анализ содержания кальция, азота, кадмия и т.д. в организме.

Очевидно, что дополнительные дозовые нагрузки, обусловленные использованием радиации в медицине, различны для населения разных стран, что обусловлено уровнем ее использования. Это привело к разделению всех стран мира на 4 категории, сильно различающиеся уровнем использования радиационных технологий в медицине.

О количественных характеристиках использования радиации в отмеченных областях медицины в мире в целом на рубеже XX – XXI веков можно судить по следующим цифрам, они же определяют и соответствующие дозовые нагрузки.

• Использование излучений в диагностике (2,5 млрд. процедур) почти в 500 раз превышало частоту их использование в терапии (5,5 млн. процедур).

• На долю рентгенодиагностики приходилось 78% полного числа процедур (330 на 1000 жителей), на стоматологию 21% (90 на 1000 жителей) и лишь 1% на ядерную медицину (5,6 на 1000 жителей).

• Полная годовая коллективная эффективная доза оценивалась в 2,5·10⁶ чел-Зв, или средняя годовая доза на душу населения мира составляла 0,4 мЗв/год и лишь 6% этой величины давала ядерная медицина.

• При использовании излучений в терапии на долю телетерапии и брахитерапии приходится свыше 90% процедур (0,8 и 0,07 на 1000 жителей соответственно), на радиофармакотерапию лишь 7% (0,065 на 1000 жителей). Вклад терапевтического использования радиации в дозовую нагрузку пренебрежимо мал.

• В зависимости от уровня здравоохранения в разных странах частота использования излучений в медицине отличается в 50-1500 раз, а по дозовым нагрузкам в 60-300 раз.

Для количественной оценки дозовых нагрузок при различных терапевтических процедурах в табл. 6.12 приведены значения эффективных доз, получаемых пациентами в Германии и России при различных процедурах.

После естественного радиационного фона использование радиации в медицине дает максимальную дозовую нагрузку из всех остальных источников радиационного фона.

Таблица 6.12.