13.Использование современных ядерных технологий (см. Документы №№ 129-142 хрестоматии)

13.1.Использование рентгеновских лучей

Рентген не был сторонником популяризации науки, но цепь случайностей привела к тому, что открытие стало достояни-ем общественности необычайно быстро. Ученый послал несколь-ко снимков своему товарищу студенческих лет, а у того их увидел физик Э. Лехер. Последний взял их себе на несколько дней и показал отцу, издателю крупной венской газеты. На следующий день в газете появилась заметка «Сенсационное открытие». В первом сообщении об открытых лучах обсуждалась его ценность для медицинской практики. Разноплановая информация хлынула потоком и была перепечатана почти во всех газетах мира. 23 ян-варя 1896 г. Рентген был вынужден сообщить о своем открытии на заседании Физико-медицинского общества Вюрцбурга, а пе-ред этим показать опыты и рассказать о лучах придворному обществу.

Так же, как в случае с техникой фиксации изображений, предложенной Л. Даггеротипом, в моду вошло фотографирование в рентгеновских лучах, однако длилось это не долго. В.К. Рентген не разрабатывал технику применения рентгеновских лучей в ме-дицине. Американец Т. Эдисон создал учебный демонстрацион-ный аппарат. В мае 1896 г. он организовал рентгеновскую вы-ставку в Нью-Йорке, на которой в качестве рекламы посетителям предлагали посмотреть свою руку в Х-лучах. Об опасности по-ражающего воздействия открытых высокоэнергетичных лучей ещё не знали. Рентген считал, что его открытием должны пользоваться бесплатно. Через несколько лет с помощью технических приборов удалось делать рентгеновские снимки частей человече-ского тела. К началу Первой мировой войны были созданы передвижные приборы, которые использовали в военных госпиталях. С помощью рентгеновских аппаратов удалось спасти много чело-веческих жизней. Однако остро не хватало специалистов, которые могли бы работать на рентгеновских аппаратах. Поэтому И. Жолио-Кюри несколько лет работала на передвижных рентгеновских станциях, обучая персонал. Современная аппаратура позво-ляет делать общие и точечные снимки, а также обрабатывать их в электронном виде. Каждый рентгеновский комплекс включает систему мер безопасности как для оператора, так и для пациента. Рентгеновская аппаратура прочно вошла в медицинскую практику.

13.2.Ионизирующие излучения. Дозиметрия.

«… Отношение людей к той или иной опасности опреде-ляется тем, насколько хорошо она им знакома».

United Nations Environment Programme, RADIATION. Doses, Effects, Risks

Действие ионизирующих излучений на живой организм и окружающую среду интересуют науку с момента открытия радиоактивности. Это не случайно, т.к. с самого начала исследователи столкнулись с сильными и часто негативными последствиями действия излучений на живой организм (биологическую ткань). В 1895 г. был описан случай радиационного ожога рук, в 1902 г. – лучевой рак кожи, в 1907 г. было зарегистрировано 7 случаев смерти от ионизирующей радиации.

П. Кюри стал одной из первых жертв облучения радием, открытым им. Причиной смерти М. Кюри стала анемия. Её руки были обожжены радием и покрыты язвами и рубцами. Был затронут и костный мозг. Причиной преждевременной смерти И. Жолио-Кюри была лучевая болезнь, полученная ею в ходе обслуживания рентгеновских аппаратов во время Первой и Второй мировых войн. Листки с записями, сделанными во время исследований даже через 50 лет «звучат» на счётчике Гейгера. На фотопластинке, «засвеченной» листком из записной книжки П. Кюри, видны радиоактивные следы, в том числе пальца.

Опасность ядерных исследований не сразу была оценена и в СССР. В одном из отчётов по работе с ядерным реактором И. В. Курчатов отмечал: «Излучения физического котла исключительно вредны в биологическом отношении. Опыты, произведенные секретной радиационной лабораторией Академии медицинских наук, руководимой членом-корреспондентом АН СССР Г. М. Франком, на мышах, крысах, кроликах, собаках, даже при пусках котла на относительно небольших мощностях (порядка 150 кВт) во всех случаях привели к гибели животных: или к мгновенной смерти, или к имевшей место через 2 - 3 недели, или, в редких случаях, через несколько месяцев - из-за изменения состава крови и нарушения явлений обмена в организме».

При больших дозах радиация вызывает поражение живых тканей и часто приводит к летальному исходу. При меньших дозах воздействие радиации может вызвать лучевую болезнь, раковые заболевания, изменения на генетическом уровне, которые проявятся только в следующих поколениях в форме патологических отклонений. Радиационное воздействие опасно ещё и тем, что у живых организмов нет специальных органов для распознавания действия этого фактора. Радиационное воздействие обладает суммарным кумулятивному эффектом, т.е. его последствия накапливаются в организме.

Существование зон естественной повышенной радиоактивности, развитие атомной энергетики, угроза использования энергии, высвобождающейся при ядерных взрывах, делает необходимым изучение воздействия ионизирующих излучений на растительный и животный мир нашей планеты, разработку методов количественных измерений и выработку средств защиты. Эти вопросы рассматриваются в разделе физики, который называется дозиметрия.

В информацию об экологии среды обитания обязательно включаются радиоэкологические карты. Во всех странах ведется государственный контроль содержания радионуклидов в продуктах сельского хозяйства, разработаны и действуют нормативные документы по радиационной безопасности населения, в открытой продаже имеются индивидуальные дозиметры.

Помимо источников естественной радиоактивности мы окружены такими техногенными источниками, как атомные элек-тростанции (АЭС), ускорители и т.д. Ионизирующим излучением называют излучение, взаимодействие которого с веществом при-водит к возбуждению и ионизации атомов вещества. В дозимет-рии различают корпускулярное (потоки частиц, кроме фотонов) и электромагнитное излучения (поток фотонов – квантов света).

Термин «нуклид» близок к «изотопу» – это атомы с опре-деленной массой и зарядом ядра. Изотопами называются элемен-ты, имеющие одинаковое порядковое число (зарядовое число). В их ядрах находится равное количество протонов, но разное коли-чество нейтронов. У любого химического элемента может быть несколько изотопов. Нуклид – это определенный изотоп или эле-мент. Термин нуклид происходит от английского nuclear – ядро. В природе существует около 100 различных элементов, тогда как их изотопов - около 350. 70 наименований природных изотопов нестабильны и способны самопроизвольно распадаться. При их распаде образуются частицы с высокой энергией, которые при взаимодействии с биологической тканью повреждают клетки.

Наибольшую дозу (в среднем две трети общей дозы) человек, не занятый на производстве, связанном с ионизирующими излучениями, получает от естественных источников радиации, которыми являются космические лучи и земная кора.

Некоторые природные радионуклиды появились, например, при образовании нашей Вселенной одновременно со ста-бильными нуклидами и благодаря большому периоду полураспа-да до сих пор не распались. Типичный пример – калий-40, кото-рого в природном калии осталось 0,01%. Его период полураспада – 1,3 миллиарда лет. В организме животных, в том числе и чело-века, на долю калия приходится примерно 0,3%, поэтому в орга-низме среднего по весу человека каждую секунду распадается примерно 5 тысяч атомов К, или 430 миллионов в сутки! Тем не менее, это не представляет опасности для живых организмов. Более того, не исключено, что такое «внутреннее» облучение и было одной из причин эволюции. Природным источником радио-нуклидов являются и верхние слои атмосферы, где под действием космических лучей из одних нуклидов непрерывно образуются другие, в том числе и радиоактивные.

Основной источник радионуклидов в природе – содержащиеся в земной коре изотопы урана и тория, а также продукты их распада. Эти соединения в чистом виде практически не представляют опасности, однако в результате их распада образуется множество значительно более активных радионуклидов с относительно малым периодом полураспада. Один из них – радон ( ). Это инертный газ, поэтому он постепенно, не вступая в химические реакции, просачивается из глубин земного шара к поверхности (в разных географических районах – в разных количествах) и попадает в воздух, а оттуда – в легкие. Несмотря на незначительное присутствие в атмосфере, на радон приходится половина дозы облучения, которую человек получает в течение жизни. Небольшая часть радона, попавшая в легкие с воздухом, успевает распасться, образуя нелетучие радионуклиды полония и свинца. Известно, что радон может накапливаться в плохо проветриваемых помещениях первого этажа и подвалах. Поэтому сквозняки, вопреки бытующему мнению, очень полезны. Например, когда в Швеции для экономии энергии стали строить дома с улучшенной изоляцией, оказалось, что жители получили увеличенную дозу облучения.

Многие современные производства связаны с использованием радиационных технологий, в том числе на атомных электростанциях (АЭС), ускорителях; в процессе применения медицинских технологий, использующих проникающие излучения. Со времен М. и П. Кюри человек научился концентрировать, накапливать в чистом виде природные радионуклиды, увеличивая таким способом их радиоактивность (на единицу массы) в миллиарды раз. Поначалу к этим источникам относились довольно небрежно, поскольку не подозревали об их опасности. Так, смесями, после обнаружения яркого свечения сульфида цинка и других веществ под действием излучения солей радия, со времен Первой мировой войны начали покрывать стрелки часов, компасов и авиационных приборов. Отсутствие информации приводило к тому, что работницы предприятий, где изготавливались светящиеся стрелки, наносили радиоактивную краску кисточками, заостряя их время от времени своими губами; ученые собирали вручную урановый котел; врачи, работавшие с радиоактивными изотопами, часто не соблюдали меры безопасности и работали с ними без защитных средств. Бытовало мнение, что радионуклиды являлись целебным снадобьем при приеме внутрь. Например, в 1920-1930-е гг. в США продавали общеукрепляющее средство «Радитор», на этикетке которого содержалась информация о содержании радия и мезотория в трижды дистиллированной воде. В 1932 г. препарат был снят с производства из-за его «смертельной» опасности.

Источником искусственных радионуклидов являются ядерные реакторы (промышленные и исследовательские), а также ядерные взрывы. В этом случае происходит синтез новых радио-нуклидов, значительная часть которых в природе не обнаружена. Крупномасштабные аварии на атомных электростанциях и небрежное, а порой и преступное, обращение с радионуклидами представляет огромную опасность. Тем не менее, в среднем доза облучения человека от работы таких станций составляет меньше 1%.

Наименьший вред среди техногенных источников радио-активности приносит медицинская диагностика в виде флюорографии и рентгеновского обследования. Использующиеся здесь дозы на несколько порядков ниже допустимых санитарных норм. Более того, на травмированные ткани такие дозы оказывают тонизирующее воздействие, способствуя их скорейшему восстановлению.

Полностью уберечься от радионуклидов невозможно, ведь некоторые из них входят в состав нашего организма. Теоретически возможно вывести из состава клеточной ткани радиоактивный изотоп калий-40, но для этого необходимо питаться только такой пищей, в которой этого изотопа нет. Приготовление такого рода пищи для одного человека по стоимости соизмеримо с бюджетом небольшого европейского государства. А некоторые радионуклиды, в том числе стронций, вывести из организма в принципе невозможно. Стронций концентрируется в костной ткани, близок по химическим свойствам ряду других элементов.

Основной количественной характеристикой воздействия радиации является поглощённая единицей массы вещества доза – энергия. Единицей измерения этой величины является грей (Гр).

Одна и та же поглощённая порция энергии окажет неодинаковое воздействие на разные биологические ткани, поэтому вводится так называемый коэффициент качества. Он зависит от вида излучения и от поглощающей ткани. Например, для бета-излучения (потока электронов) коэффициент качества равен 1, а для альфа-излучения (потока альфа-частиц, т.е. ядер гелия) коэффициент качества равен 20. Поглощённая доза, умноженная на коэффициент качества, называется эквивалентной дозой. Единицей её измерения является зиверт (Зв).

Более распространённой характеристикой является мощность излучения (мощность поглощённой дозы), т.е. энергия, поглощённая единицей массы вещества за единицу времени, и мощность эквивалентной дозы, т.е. энергия, поглощённая единицей массы биологической ткани с учётом коэффициента качества, за единицу времени. Последняя измеряется в зивертах в секунду или, что чаще, в зивертах в час. Именно в зивертах в час ( ) и указывают величину мощности поглощённой дозы на панели индивидуальных дозиметров. Эту величину легко сравнить с установленными в конкретной стране санитарными нормами. Напри-мер, если среднее значение мощности поглощённой дозы соста-вило 1 , то за год эта величина будет равна . Санитарные нормы уста-навливают допустимый предел 50 мЗв в год.

Дозы, получаемые в обычных условиях, невелики. Мощ-ность эквивалентной дозы, создаваемой естественным излучени-ем, колеблется в пределах от 0,05 до 0,2 (или и , соответственно) в зависимости от географии местности. При медицинских диагностических проце-дурах человек получает ещё примерно 1,4 . Если человек проживает в городской местности, то за счёт содержания радио-активных элементов в кирпиче и бетоне, получаемая им доза воз-растает ещё примерно на 4 . Итак, общий реально сущест-вующий фон может достигать примерно 10 , хотя чаще циф-ра оказывается вдвое- втрое меньше. Такие дозы совершенно без-вредны для человека.

По заключению Международной комиссии по радиацион-ной защите на 1990 г. вредные для организма человека эффекты могут наступать при мощностях эквивалентных доз не менее 1,5 , а в случае кратковременного облучения при получении (облучении дозой) дозы - выше 0,5 Зв.

В соответствии с приведёнными оценками установлены допустимые санитарные нормы радиационного контроля.