16

1 Радиационная безопасность

Радиоактивность появилась на Земле со времени ее образования и человек за всю историю развития своей цивилизации находился под влиянием естественных источников радиации.

Земля подвержена радиоактивному фону, источниками которого служат излучения Солнца, космические излучения, излучения от залегающих в Земле радиоактивных элементов.

Термин «радиация, радиоактивность» означает излучение с которым мы имеем дело ежедневно (электрический свет – электромагнитное излучение, работающий телевизор дает излучение электронов, загорая на солнце мы получаем ультрафиолетовое излучение). Вообще же под термином «радиоактивность» принято рассматривать ионизирующее излучение. Это излучение, действующее на вещество и изменяющее физическое состояние атомов в нем.

Широкое применение ионизирующего излучения в различных отраслях хозяйства и развитие атомной энергетики, аварии на ее объектах, значительно увеличили вероятность контакта человека с радиоактивными веществами и их излучением. Поэтому одним из основных условий успешного использования нового вида энергии становится обеспечение радиационной безопасности.

Радиационная безопасность – комплекс научно обоснованных мероприятий по обеспечению защиты от воздействия ионизирующего излучения.

Разработки в области ядерной физики и физической химии позволяют понять природу ионизирующего излучения, его свойства, а также его воздействие на различные материальные структуры. Эти разработки легли в основу методов контроля ионизирующих излучений.

Радиобиология с ее разделами (радиационная генетика, радиационная биохимия, радиоэкология, космическая радиобиология, противолучевая защита и др.), а также радиационная медицина раскрывают механизмы воздействия ионизирующего излучения на биологические структуры, а также разрабатывают способы и методы защиты биологических систем от воздействия ионизирующего излучения.

Впервые термин «радиоактивность» применен Марией Кюри в 1897 г. Было установлено, что радиоактивное излучение является свойством самих атомов радиоактивных элементов, а вещества были названы «радиоактивными».

Открытие супругов Кюри дало новый толчек к исследованию радиоактивности и строению атома.

2 Физические основы учения о радиоактивности

Вскоре после открытия полония и радия, Эрнст Резерфорд (американский ученый) установил, что радиоактивное излучение неоднородно по своему составу. Одна часть излучения поглощается тонкой алюминиевой фольгой, а другая проходит без изменений. Анализ состава излучений проводился по отклонению его в магнитном поле. Было обнаружено, что излучение содержит три вида лучей – альфа, бета и гамма. Альфа- и бета-лучи имеют корпускулярную (частицы) природу, а гамма- и рентгеновские лучи – волновую (электромагнитные волны) природу. Как оказалось альфа-лучи – поток ядер атомов гелия, несущих положительный заряд. (Ядро гелия состоит из двух протонов (+) и двух нейтронов (0), связанных прочной связью). Бета-лучи – поток электронов, летящих со скоростью близкой к скорости света. Гамма - и рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение.

Опыты и теоретические расчеты Резерфорда, а также постулаты датского ученого Нильса Бора послужили основой для создания “Планетарной” модели атома. Согласно этой модели атом состоит из положительно заряженного ядра (протоны + нейтроны) и электронов, расположенных вокруг ядра на определенных энергетических уровнях. Важнейшими характеристиками ядра являются его заряд Z и масса М. Заряд ядра определяется числом содержащихся в нем положительно заряженных протонов. Кроме протонов в состав ядра входят не имеющие заряда нейтроны. Массы нейтронов и протонов приблизительно равны. В ядерной физике считается, что протон и нейтрон – два так называемых зарядовых состояния одной и той же частицы – нуклона Это состояние связано с особым ядерным взаимодействием, которое позволяет сжать ядерное вещество до плотности сотни миллионов тонн в 1 см³.

Массы атомов принято выражать в атомных единицах массы (а.е.м.). За 1 а.е.м. принята 1/16 массы атома кислорода. Кроме того применяется «унифицированная атомная единица массы» (у.а.е.м.), равная 1/12 массы атома углерода.

В природе встречаются вещества со сходными химическими свойствами, но разными атомными массами. Эти вещества называются изотопами, т.е. ядра их атомов имеют одинаковый заряд, но разную атомную массу.

3 Космические лучи

Естественными радиоактивными веществами принято считать вещества, которые образовались и воздействуют на человека без его участия.

Земная кора, вода, воздух всегда содержат радиоактивные элементы. Человек, как обитатель этой среды, также немного радиоактивен, так как основную часть облучения он получает от естественных источников радиации. Избежать облучения от, естественных источников радиации совершенно невозможно. На протяжении всей истории существования Земли, излучения из космоса, облучают земную цивилизацию, которая адекватно адаптировалась к ней.

Радиационный фон от космических лучей ответственен за половину всего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации.

Космические лучи представлены высокоэнергетическими потоками (примерно 90%), альфа-частицами (около 9%), нейтронами, фотонами, электронами и ядрами легких элементов (1%). Однако планета Земля, входящая в Солнечную систему, имеет свои защитные механизмы от радиационных воздействий, иначе жизнь на Земле была бы невозможна.

На расстоянии от одного до восьми земных радиусов космические частицы отклоняются магнитным полем Земли. Магнитное поле Земли создаёт мощную защиту для человека от космической радиации, хотя и не абсолютную. Часть высокоэнергетических частиц прорывается через магнитное поле и достигает верхних слоев атмосферы. Немногие из них проникают через всю атмосферу и достигают поверхности Земли. Большинство же, сталкиваясь с атомами азота, кислорода, углерода атмосферы, взаимодействуют с ядрами этих атомов, разбивая их, рождая множество новых частиц протонов, нейтронов.

Защититься от этого невидимого "космического душа" невозможно. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы получают больше космической радиации, чем экваториальные области, так как влияние магнитного поля Земли здесь меньше. Уровень облучения существенно растет с высотой, так как уменьшается слой воздуха, играющего защитную роль.

Заряженные частицы, попадая в магнитное поле Земли, образуют так называемые радиационные пояса Земли. Выходу заряженных частиц из радиационных поясов Земли мешает особая конфигурация направлений линий магнитной напряженности, создающих магнитную ловушку.

Заряженные частицы в магнитном поле движутся по-разному в зависимости от соотношения плотностей магнитной кинетической энергии. Примерно на расстоянии 10-ти земных радиусов поток заряженных частиц встречает сильное магнитное поле и под действием силы Лоренца изменяется направление их движения. Движение потока заряженных частиц можно представить, как колебательное движение по спиральной траектории вдоль силовых линий магнитного поля из Северного в Южное полушарие и обратно.

Радиационные пояса Земли представляют серьезную опасность для экипажей космических кораблей при длительных полетах в околоземном пространстве, если их орбита проходит через область радиационных поясов. Длительное пребывание космических кораблей в радиационном поясе приводит к переоблучению экипажей, выходу из строя оптических приборов и солнечных батарей, находящихся на корабле. В связи с этим проводятся интенсивные исследования при помощи спутников, специальных зондов по определению координат радиационных поясов Земли, а также рассчитываются орбиты космических кораблей для снижения действия радиационного фактора.

4 Земная радиации

В основном, ответственность за естественную земную радиацию несут три семейства радиоактивных элемента — уран, торий и актиний. Указанные радиоактивные элементы нестабильны и, в результате физических превращений, переход в стабильное состояние, сопровождается выделением энергии или ионизирующим излучением. В природе имеются около 70 естественных радионуклидов. (Радионуклидами называются ядра, испытывающие распад). Они встречаются в земной коре, воде, воздухе. Испытывая последовательные превращения, они образуют радиоактивные ряды. Радиоактивный ряд – последовательность нуклидов, которые благодаря радиоактивному распаду самопроизвольно переходят из одного в следующий до тех пор, пока не будет получен стабильный изотоп. Каждый последующий нуклид является дочерним по отношению к предыдущему.

Главными источниками земной радиации являются радиоактивные элементы, содержащиеся в горных породах, которые образовались в результате геофизических процессов. Наибольшее содержание радиоактивных элементов содержится в гранитных породах и вулканических образованиях. В течении эволюционных процессов радиоизотопы мигрируют, участвуя в метрологических и геохимических формированиях окружающей среды. В результате соединения со стабильными элементами они участвуют в обменных реакциях живых организмов, тем самым создавая естественную радиоактивность обитателей Земли.

В малых концентрациях естественные источника радиоактивности содержатся в любой почве. Однако, в зависимости от структуры почвы, их больше в гранитных породах, глиноземах и меньше в песчаных и известковых почвах.

Половину годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облучения от земных источников радиации человек получает от невидимого, не имеющего вкуса и запаха тяжёлого газа радона. В природе радон встречается в двух основных формах: радон-222, член радиоактивного ряда, образуемого продуктами распада урана-238, и радон-220, члена радиоактивного ряда тория-232.

Радон в 7,5 раза тяжелее воздуха и является альфа-радиоактивным с периодом полураспада 3,8 суток. Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении, где повышена его концентрация.

Радон может проникать сквозь трещины в фундаменте, через пол из поверхности Земли и накапливается в основном на нижних этажах жилых помещений, создавая там повышенную радиацию. Одним из источников радоновой радиации могут быть конструкционные материалы, используемые в строительном производстве. К ним в первую очередь относятся материалы с повышенной радиоактивностью — гранит, пемза, глинозём, фосфогипс.

Вода используемая для бытовых и пищевых целей, обычно содержит мало радона, однако глубоко залегающие водяные пласты могут иметь повышенную его концентрацию.

Высокая концентрация радона образуется в ванных комнатах, где радон, испаряясь из горячей воды при принятии душа или ванны, попадает в организм с вдыхаемым воздухом .

Основными мероприятиями по устранению влияния радона, уменьшению его концентрации и снижению дозообразующего фактора являются: заделывание швов, трещин в фундаментах здании, отказ от строительных материалов, содержащих радон, оклейка, окраска покрытий стен пластиковыми материалами, кипячение воды для пищевых нужд, особенно из глубоких артезианских скважин и колодцев, частое проветривание помещений на нижних этажах, ванных комнат.