13.3.Санитарные нормы. Гигиенические нормативы нрб-96.

Допустимые мощности дозы при внешнем облучении все-го тела от техногенных источников для помещения для лиц, ра-ботающих с ионизирующими излучениями и проходящими регу-лярный медицинский и дозиметрический контроль, 50 .

В России эти нормы более строгие, чем во всех других странах Европы.

13.4.Радиоуглеродная диагностика (радиоуглеродное датирование)

Наша планета не является замкнутой системой. Все зем-ные объекты взаимодействуют с космическими объектами и под-вергаются их воздействию. Поэтому изучение процессов и явле-ний, происходящих на Земле, невозможно без исследований кос-мических явлений и объектов и результатов их воздействия на земные поверхности. Закономерности развития космической и земной среды взаимосвязаны. Основной трудностью при этом является длительная протяжённость космических и земных собы-тий во времени. Однако для понимания причинной обусловлен-ности процессов датирование различных событий является обяза-тельным условием. Для этих целей успешно используются запи-си о протекании полярных сияний; образовании колец древесных стволов, слоёв отложений торфа; распространенности нуклидов в различных слоях земли; некоторых процессах в биосфере, харак-тере и скорости протекания геологических процессов, демогра-фических процессах и т. п. Но более простым и точным способом определения возраста является радиоуглеродный метод (радиоуг-леродное датирование). Он широко применяется, т.к. объектами его использования могут быть углеродосодержащие материалы, в том числе остатки костной ткани любого возраста, раститель-ной ткани или результаты их биохимической эволюции: древес-ный угль, нефть, газ, янтарь. Для проведения анализа необходи-мы малые массы. Например, для датирования в интервале от примерно 70 000 до н.э. до приблизительно 1600 н.э. достаточно одного грамма вещества. Датировка проводится неоднократно и результатом является усреднённое значение временного интерва-ла.

Появление в 1949 г. радиоуглеродного датирования про-извело переворот в археологии, криминалистике и других сферах человеческой деятельности, предоставив в распоряжение недоро-гой, надежный и доступный для широкого применения метод по-лучения абсолютных дат.

Радиоактивный углерод (изотоп углерода С-14) во встречающихся в природе веществах был впервые найден в 1934 г. учеными Йельского университета. В 1940 г. в университете Чика-го, У. Либби продемонстрировал его использование для опреде-ления возраста археологического материала путем измерения ра-диоактивного излучения находящегося в нем радиоактивного уг-лерода. Вслед за ним многие исследователи использовали метод радиоуглеродного определения возраста. В 1960 г. У. Либби была присуждена Нобелевская премия.

Радиоуглеродное датирование - метод датирования органических материалов путем измерения содержания радиоактив-ного изотопа углерода 14С. Этот метод широко применяется в археологии и науках о Земле.

Земля постоянно подвергается воздействию космического излучения, значительной частью которого являются потоки эле-ментарных частиц (корпускулярное излучение). Взаимодействие этих частиц с атомами азота (большая составляющая земной ат-мосферы) приводит к тому, что ряд атомов превращается в изо-топ углерода С-14. Количество образуемого изотопа 14С в земной атмосфере составляет около 2 атомов за 1 с на 1 см поверхно-сти. Радиоактивный углерод входит в состав углекислого газа , который опускается в нижние слои атмосферы и переме-шивается с обычной углекислотой. Путем фотосинтеза радиоуг-лерод связывается в органических веществах и попадает в клетки растений и животных. Этот процесс носит циклический характер и протекает со сдвигом во времени. Результатом является почти мгновенное образование радиоактивного углерода в атмосфере и гораздо более позднее появление углерода в биосфере.

В атмосфере Земли постоянно находится около 80 т. ра-диоуглерода. Удельная активность углерода в обменной системе составляет около 15 распадов за 1 мин на 1 г углерода. За 80 лет распадается около 1% первоначального числа атомов 14С. Коле-бания солнечной активности, значительный объем сжигаемого ископаемого топлива и испытания ядерного оружия обуславли-вают колебания содержания углерода в биосфере. К модуляциям образования радиоактивного углерода приводит и магнитное по-ле Солнца. Это ограничивает возможности применения метода, что оборачивается ошибкой в определении возраста в несколько процентов (или в несколько сотен лет).

Если в живых организмах поддерживается динамическое равновесие – количество углерода, образующегося в единицу времени, равно количеству углерода, распадающегося или пере-ходящего в другую форму, то смерть лишает живую материю способности поглощать радиоуглерод. Равновесие нарушается. В мертвых органических тканях происходит распад атомов радио-углерода. Период полураспада углерода составляет 5730 лет. Значит, в течение первых 5730 лет половина исходного числа нуклидов 14C превращаются в атомы 14N. Спустя еще один пери-од полураспада содержание нуклидов 14С составляет всего 1/4 их исходного числа, по истечении следующего периода полураспада – 1/8 и т.д. В итоге содержание изотопа 14C в образце можно со-поставить с кривой радиоактивного распада и таким образом ус-тановить промежуток времени, истекший с момента гибели орга-низма (его выключения из кругооборота углерода). Чтобы учесть влияние изменений начального содержания 14С, можно использо-вать данные дендрохронологии о содержании 14C в древесных кольцах.

В 1961 г. М. Таммерс в Гиф-сюр-Ивет (Франция) предста-вил LSC-метод (Liquid Scintillation Counting) радиоуглеродного определения возраста. Этот метод в 1970 г. стал общепринятым для радиоуглеродного определения возраста. Метод жидкостной сцинтилляции превзошел возможности университетских лабора-торий. Полученный из образца углеродсодержащий газ раство-ряют в жидкости, добавляют сцинтиллятор, молекулы которого поглощают энергию электронов, испускающихся при распаде радионуклидов 14С. Сцинтиллятор сразу переизлучает накоплен-ную энергию в виде световых вспышек. Свет можно регистриро-вать и измерять его интенсивность с помощью фотоумножителя.

В 1979 г. М. Таммерс выступил одним из основателей Beta Analytic, частной лаборатории радиоуглеродного определе-ния возраста методом LSC, обладающей большими возможно-стями и призванной удовлетворить запросы мирового научного сообщества. Одновременно с открытием и изучением радиоугле-рода, для целей ядерных исследований в национальных лабора-ториях и исследовательских институтах были введены в действие ускорители высоких энергий (AMS). Теоретически было уста-новлено, что эти приборы могут быть использованы для радиоуг-леродного определения возраста. К 1975 г. масс-спектрометрические исследования уже были достаточно развиты. Преимущество AMS перед LSC заключается в использовании в 1000 раз меньшего количества материала, необходимого для ана-лиза. В 1977 г. радиоуглерод был помещен в AMS . Таким обра-зом образовалось новое направление - радиоуглеродное опреде-ление возраста с помощью AMS. Даты, полученные с помощью AMS, согласованы с более чем 85000 результатами радиометрии, полученными более чем за 20 лет.

Результаты измерений содержания 14С в образцах, охва-тывающих последнее тысячелетие, показывают значительные колебания его содержания в различных тканях и образцах с пе-риодом в несколько десятков лет. Такие длительные отклонения от среднего значения концентрации 14С коррелируют с низкой солнечной активностью. В XVII - XVIII вв. в излучении Солнца, согласующемся с повышением уровня 14С во всех исследованных образцах, установлено резкое ослабление солнечных пятен (ма-ундеровский минимум). Подобная корреляция солнечной актив-ности и концентрации радиоуглерода описана в XV - XVI вв. (минимумом Шперера), в XIII - XIV вв. (минимумом Вольфа).

Каждый из этих минимумов отстоит друг от друга в сред-нем на 200 - 210 лет. Минимумы содержания 14С могут быть свя-заны с высокой солнечной активностью. Например, минимум концентрации 14С, приходящийся на период средневековой эпохи потепления в XII - XIII вв., свидетельствует о высокой активно-сти Солнца.

Значение радиоуглеродного датирования (радиоуглерод-ная калибрация) особенно возрастает в случае отсутствия каких-либо исторических данных. Так, в Европе, Африке и Азии ранние следы первобытного человека датируются вне временных отрез-ков, поддающихся радиоуглеродному датированию, т.е. оказы-ваются старше 50000 лет. В то же время, в рамки радиоуглерод-ного датирования попадают начальные этапы организации обще-ства и первые постоянные поселения, а также древнейшие города и государства.

Метод радиоуглеродного датирования оказался эффек-тивным при работе с хронологической шкалой древних культур. Датирование археологических артефактов позволило провести сравнение хода развития культур и обществ; определить времен-ную последовательность появления и освоения орудий труда раз-личными группами людей, возраст поселений и скорость заселе-ния территорий, прокладывания торговых путей.

Радиоуглеродное датирование имеет универсальный ха-рактер. Его можно использовать для получения знаний о круго-вороте воды и других веществ в природе, изменении климата в прошлые эпохи, определении времени протекания ледниковых периодов. Так, радиоуглеродный анализ остатков деревьев, со-хранившихся в наступавшем леднике, показал, что последний холодный период на Земле завершился примерно 11 000 лет на-зад.

Метод широко применяется в археологии и геологии чет-вертичного периода, т.к. это наилучший из изотопных хрономет-ров. Радиоуглеродное определение возраста требует только непо-средственных измерений естественного радиоуглерода в иссле-дуемых и стандартных образцах, в то время, как другие методы включают в себя предположения, базирующиеся на неизвестных фактах. Как правило, радиоуглеродный метод сопровождается параллельным датированием и другими способами. Непрерывная последовательность годовых колец одного дерева может охваты-вать 500 лет у дуба и более 2000 лет у секвойи. В горных районах с малым количеством осадков и высокими температурами (пус-тыни и полупустыни) на северо-западе США и в торфяных боло-тах Ирландии и Германии были обнаружены пласты со стволами мертвых деревьев разных возрастов. Эти находки позволяют объ-единить сведения о колебаниях концентрации 14С в атмосфере на протяжении почти 10000 лет.

Радиоуглеродное датирование используется и для пред-сказания сроков эксплуатации. При возрастании численности по-пуляции требования к водоносным горизонтам заметно возрас-тают. Перерасход потребления воды может привести к ограни-ченному восстановлению и даже гибели популяции, оказать сильное влияние на территории, значительно удаленные от зон водосбора. При постоянном мониторинге радиоуглеродного воз-раста воды можно распознать истощение до того, как процесс выйдет из-под контроля.

Привязанное ко времени наблюдение радиоуглерода в ис-точниках может обнаружить как стабильность, так и изменения источника в водозаборнике. Ежегодное уменьшение возраста вод говорит о просачивании "молодых" вод с верхних горизонтов. Это может быть вызвано, например, перерасходом источника или бурением дополнительных скважин в других местах. Это показа-тель того, что загрязненные поверхностные воды могут проник-нуть в горизонты питьевой воды. Определение радиоуглерода может быть сделано без применения каких-либо примесей к во-доносному горизонту, а также до того, как загрязнения достигнут источника.

Радиоуглеродный метод является наиболее информативным для детальных исследований природных процессов на вре-менных шкалах, охватывающих несколько последних десятков тысяч лет. Значительные возможности использования радиоугле-рода в целях решения экологических проблем, связанных с за-грязнением всех оболочек Земли углекислым газом при сжигании ископаемого топлива или во время взрывов атомных бомб.

Радиоуглеродный метод относится к инновационным ме-тодам контроля техногенной среды. Метод радиоуглеродной да-тировки является методом неразрушающего контроля.