4. Радіоактивне забруднення довкілля та його вплив на людину

Біосфера землі протягом мільйонів років розвивалася під постійним впливом природного радіоактивного фону і пристосувалася до нього. Але штучно створені радіоактивні речовини, зокрема створені об'єктами ядерно-паливного циклу сконцентрували незнані раніше в природі кількості іонізуючого випромінювання, до чого все живе на планеті виявилося непристосованим.

Зв'язок між здоров'ям людей, станом флори і фауни та сучасним рівнем радіаційного забруднення всієї планети є неоднозначним та складним. В наш час головними джерелами радіоактивних забруднень біосфери є радіоактивні аерозолі (пил), які потрапляють в атмосферу під час випробувань ядерної зброї, аварій на АЕС та підприємств ядерно-паливного циклу, а також радіонукліди, що виділяються з радіоактивних відходів, захоронених на суші й на морі, з відпрацьованих атомних реакторів і устаткування. Під час аварій ядерних (атомних) реакторів, розгерметизації захоронень радіоактивних відходів радіактивне забруднення поширюється на десятки й сотні кілометрів, а внаслідок вибухів ядерних бомб - по всій планеті.

За силою та глибиною впливу на організм іонізуюче випромінювання вважається найсильнішим, порівняно з іншими шкідливими факторами довкілля. Різні організми мають неоднакову стійкість до дії радіоактивного опромінення, навіть клітини одного організму мають різну чутливість. Кінцевий результат опромінення залежить не стільки від отриманої дози, скільки від її потужності, тобто часу, протягом якого вона накопичена, а також від характеру її розподілу. При великих дозах радіація може викликати серйозні ураження тканин, а при малих може викликати рак та індукувати генетичні дефекти, які можуть виявитися у дітей, внуків та віддалених нащадків опроміненої людини.

1. Поняття радіоактивності та іонізуючих випромінювань

Радіоактивність та супроводжуючі її іонізуючі випромінювання існували на Землі задовго до зародження на ній життя та розповсюджувались у космосі до виникнення самої Землі.

Іонізуюче випромінювання супроводжувало також Великий вибух, з якого, як зараз вважають, почалося утворення нашого Всесвіту біля 20 мільярдів років тому назад. Радіоактивні матеріали ввійшли до складу Землі з самого її утворення.

Термін "іонізуюче випромінювання" об'єднує різні за своєю фізичною природою види випромінювання. Схожість між ними в тому, що всі вони володіють високою енергією та реалізують свою біологічну дію через ефект іонізації з подальшим розвитком хімічних реакцій в біологічних структурах клітини, які можуть привести до її знищення.

Іонізуюче випромінювання не сприймається органами чуття людини: ми не бачимо його, не чуємо і не відчуваємо його дії на наше тіло. Іонізуюче випромінювання включає потік α-частинок (ядра атомів гелію - ²₂ Не), β - частинок (електрони, позитрони), γ-випромінювання та багато інших.

З іонізуючими випромінюваннями людина зустрічається щоденно в будь-якому районі Землі. Це, перш за все, так званий природний радіаційний фон, який складається із трьох складових:

- космічного вимірювання, яке потрапляє на Землю із Космосу;

- випромінювання від природних радіоактивних елементів, які знаходяться в ґрунті, будівельних матеріалах, повітрі, воді;

- випромінювання від природних радіоактивних речовин, які з їжею і водою потрапляють в середину організму, і зберігаються в тілі людини протягом всього її життя.

Крім цього, людина піддається впливу, тобто отримує дози опромінення і від штучно створених радіоактивних джерел, які широко використовуються в народному господарстві. Сюди відносяться, наприклад, іонізуючі випромінювання, які використовуються в медицині, діагностиці та терапії. Оскільки від техногенного, створеного самою людиною, радіаційного фону людство позбавитись не може, всі зусилля повинні бути направлені на зменшення дії від штучних джерел іонізуючого випромінювання. Мирне використовування ядерної енергії необхідно людству, так як воно відкриває нові можливості для покращення життя людей на Землі. В цьому аспекті найважливішим завданням є створення максимальної безпеки ядерної енергетики. В медичній практиці іонізуюче випромінювання повинно використовуватися згідно зі встановленими правилами.

Відкриття радіоактивності та іонізуючих випромінювань належить французькому вченому Анрі Беккерелю, який у 1896 р. встановив, що на фотографічних плівках, прикритих кусками мінералу, який містив уран, після проявлення з'являються сліди невідомих випромінювань. В 1898 р. Марія і П'єр Кюрі виявили, що уран після випромінювання здатен перетворюватися в інші хімічні елементи, названі полонієм і радієм.

Беккерель один з перших зіткнувся з неприємною властивістю радіоактивного випромінювання — здатністю викликати опіки тканин живого організму, а Марія Кюрі померла від злоякісного захворювання крові. Біля 336 чоловік, які працювали з радіоактивними матеріалами в той час, померли в результаті опромінення. Увінчалися результати праці групи талановитих вчених світу в даній області досліджень тим, що в 1945 р. була створена та випробувана перша атомна бомба, а в 1954 р. - запущена перша атомна електростанція.

Щоб зрозуміти що таке радіоактивність, необхідно згадати будову атома. Атом складається із позитивно зарядженого ядра і від'ємно заряджених електронів, що рухаються в електричному полі ядра. Ядро складається з позитивно заряджених протонів, які визначають хімічний елемент атома. В кожному атомі кількість протонів відповідає кількості електронів. До складу ядра входять також нейтрони, які є електронейтральними. Ядра атомів одного і того ж елементу завжди містять однакову кількість протонів, а кількість нейтронів може бути різною. Атоми, ядра яких містять однакове число протонів, але різне число нейтронів та відносяться до одного і того ж хімічного елементу - називаються ізотопами даного елементу. Так, уран-238 містить 92 протони і 146 нейтронів, а уран-235 — 92 протони, але вже 143 нейтрони. Ядра всіх ізотопів хімічних елементів утворюють групу нуклідів.

Більшість нуклідів с нестабільними, вони постійно перетворюються в інші нукліди. Як приклад розглянемо радіоактивний розпад атому урану-238. В ядрі урану-238 завдяки насиченню ядерних сил починає формуватись α-частинка, що складається із двох протонів і двох нейтронів. Сила кулонівського відштовхування α-частинки від протонів ядра зростає, а сила ядерного притягання зменшується, по відношенню до окремого протона, в результаті чого α-частинка відривається від ядра. Уран-238, таким чином, перетворюється в торій-234, в ядрі якого міститься 90 протонів і 144 нейтрони. Але торій-234 - також нестабільний: один з його нейтронів перетворюється в протон і таким чином, торій-234 утворює протактиній-234, в ядрі якого міститься 91 протон і 143 нейтрони. Це перетворення в ядрі супроводжується випромінюванням електрона. Протактиній дуже нестабільний і йому потрібен для перетворення короткий термін. В подальшому відбуваються наступні перетворення, що супроводжуються радіоактивними випромінюваннями і весь цей ланцюг, в кінцевому результаті (через 14 перетворень), закінчується стабільним нуклідом - свинцем.

При кожному такому розпаді із випромінюванням α-частинки чи β-частинки (електрона або позитрона) новоутворене ядро перебуває в збудженому стані. Із цього стану воно переходить в менш збуджений або основний стан. Останній перехід супроводжується випромінюванням кванта електромагнітної енергії (γ-фотона).

Таким чином перетворення ядер супроводжується випромінюванням α-частинок (α-випроміпювання), β-частинок (β-випромінювання) та γ-фотонів (γ-випромікювання).

Процес самовільного розпаду нестабільного нукліду називається радіоактивним розпадом, а такий нуклід - радіонуклідом. Час, за який розпадається, в середньому, половина всіх радіонуклідів даного типу в будь-якому радіоактивному джерелі називається періодом піврозпаду відповідного ізотопу.