Болятко Основы екологии и охраны окружаюсчей 2008

ядер изотопов в цепочке распадов связано с постоянными распада (периодами полураспада) соотношением:

Имеются следующие основные типы радиоактивных превращений.

1.Альфа-распад (испускание ядра атома гелия 42 He),

преобладающий для радионуклидов с большими атомными номерами, записывается в виде:

происходящий как для естественных, так и для искусственных радионуклидов; электронный распад представляется в виде:

MZ X 1e ZM1Y + (6.14)

где – антинейтрино.

3. Бета-распад (плюс) с испусканием позитрона и К-захват (захват орбитального электрона ядром) приводят к возникновению

одного и того же дочернего ядра распада ZM-1Y .

4. Спонтанное деление наблюдается только у ядер тяжелых элементов с Z ≥ 90. При этом делящееся ядро разваливается на два (в редких случаях на три) возбужденных осколка разных масс. Ядра-осколки испускают несколько нейтронов и гаммаквантов, переходя в основное состояние.

6.3. Действие ионизирующих излучений

В результате воздействия ионизирующего излучения на организм человека в тканях могут происходить сложные

171

физические, химические и биологические процессы. Действие ионизирующих излучений на вещество проявляется в ионизации атомов и молекул, входящих в состав вещества.

Мерой этого радиационного воздействия служит поглощенная доза – отношение средней энергии, переданной веществу ионизирующим излучением в элементарном объеме, к массе вещества в этом объеме. За единицу поглощенной дозы в СИ принимается грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг. Внесистемной единицей измерения поглощенной дозы является рад (1 Гр = 100 рад).

Для оценки биологического эффекта воздействия излучения произвольного состава потребовалось введение новой характеристики дозы. Эквивалентная доза H – поглощенная доза в органе или такни, умноженная на соответствующий взвешивающий

коэффициент wR данного вида излучения. Коэффициент wR

учитывает эффективность различных видов излучения в индуцировании биологических эффектов (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Значения взвешивающих коэффициентов wR

Единицей измерения эквивалентной дозы в СИ является зиверт (Зв). Внесистемной единицей является бэр (1 Зв = 100 бэр).

172

Таблица 6.3

Значения взвешивающих коэффициентов wT

«Остальное» состоит из надпочечников, головного мозга, верхнего отдела толстого кишечника, тонкого кишечника, почек, мышечной ткани, поджелудочной железы и матки.

Эффективная доза E – величина, используемая как мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности. Эффективная доза представляет сумму произведений эквивалентной дозы в органах и тканях на соответствующий взвешивающий коэффициент:

wT – взвешивающий коэффициент для органа или ткани с учетом

их чувствительности в возникновении стохастических эффектов радиации (табл. 6.3).

До сих пор используется понятие экспозиционной дозы, которая определяет ионизационную способность рентгеновского и

173

гамма-излучения в воздухе. И хотя в процессе перехода к системным единицам экспозиционная доза подлежит изъятию, тем не менее многие показания дозиметрических приборов и оценка радиационной безопасности продолжают оставаться в единицах этой величины.

Экспозиционная доза X фотонного излучения – отношение суммарного заряда dQ всех ионов одного знака в воздухе при полном торможении электронов, которые были образованы фотонами в элементарном объеме воздуха с массой dm, к массе воздуха в этом объеме:

Единицей измерения экспозиционной дозы в системе СИ является кулон на 1 кг воздуха (Кл/кг). Внесистемной единицей является рентген: 1 Р = 2,58∙10-4 Кл/кг.

По существу экспозиционная доза является мерой энергии, которая передана фотонами единице массы воздуха в процессе взаимодействия. Следовательно, можно рассчитать энергетический эквивалент рентгена. Таким образом, при экспозиционной дозе 1 Р вторичными электронами на ионизацию расходуется 87 эрг в 1 г воздуха, или 93 эрг/г в биологической ткани, т.е. всего на 7% отличается от 1 рад. И хотя поглощенная и экспозиционная дозы принципиально разные величины, принимают что экспозиционная доза в 1 Р соответствует поглощенной дозе в 1 рад.

Эквивалентная (эффективная) доза, как мера ожидаемого эффекта облучения для конкретного организма, является индивидуальной дозой. На практике возникает необходимость оценивать эффект при облучении больших групп людей или целых популяций. В этом случае используется понятие коллективной дозы

HS , равной сумме индивидуальных доз:

где Ni - число лиц данной группы, получивших дозу Hi .

Единицей коллективной эквивалентной дозы в СИ является человеко-зиверт (чел.-Зв).

Для оценки полного радиационного воздействия от долгоживущих радионуклидов используется понятие ожидаемой

174

коллективной дозы, которая определяется как доза от какого-либо радиоактивного источника за все время его существования или за определенный длительный промежуток времени.

Значение радиационного фактора, при превышении которого следует проводить определенные защитные мероприятия,

называется уровнем вмешательства.

Различные виды ионизирующего излучения значительно разнятся по своему действию на окружающие объекты. Альфаизлучение имеет малую длину пробега частиц и характеризуется слабой проникающей способностью. Пробег альфа-частиц с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 2,5 см, а в биологической ткани лишь 31 мкм, поэтому α-частицы не могут проникнуть сквозь кожные покровы. Альфа-излучающие нуклиды представляют серьезную опасность при попадании внутрь организма через органы дыхания и пищеварения, открытые раны и ожоговые поверхности.

Бета-излучение обладает большей проникающей способностью. Пробег бета-частиц в воздухе может достигать нескольких метров, а в биологической ткани нескольких сантиметров. Так, пробег электронов с энергией 4 МэВ в воздухе составляет 17,8 м, а в биологической ткани - 2,6 см.

Гамма-излучение имеет еще более высокую проникающую способность, пробеги фотонов в воздухе измеряются уже километрами. Под действием гамма-излучения происходит облучение всего организма.

Биологический эффект от действия тепловых нейтронов в основном обусловлен двумя реакциями: Н(n, γ)2H и l4N(n, p)l4C. Основной эффект воздействия на биологическую ткань происходит под действием протонов, образующихся в результате реакции (n,р) и теряющих всю свою энергию в месте рождения.

Для быстрых нейтронов решающее значение имеет рассеяние нейтронов на протонах. Дальнейшее выделение энергии происходит в результате ионизации среды протонами отдачи.

Действия излучения на организм имеет следующие особенности:

высокая эффективность поглощенной энергии (малые количества поглощенной энергии излучения могут вызвать глубокие биологические изменения в организме);

175

наличие скрытого (инкубационного) проявления действия ионизирующего излучения (этот период часто называют периодом мнимого благополучия, продолжительность его сокращается при больших дозах облучения);

действие от малых доз может суммироваться или накапливаться (эффект кумуляции);

излучение воздействует не только на данный живой организм (соматический эффект), но и на его потомство (генетический эффект);

различные органы живого организма имеют свою чувствительность к облучению;

не каждый организм в целом одинаково реагирует на облучение, что проявляется лишь при небольших поглощенных дозах (чем моложе человек, тем выше его чувствительность к облучению, особенно высока она у детей);

облучение зависит от частоты (одноразовое (острое) облучение в большой дозе вызывает более глубокие последствия, чем фракционированное);

радиационное воздействие на организм активизирует защитные системы (репарации, адаптации).

При попадании радиоактивных веществ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном альфа-частицы, а затем бета-частицы и гамма-излучение, т.е. в обратной последовательности по отношению к внешнему облучению.

Степень опасности зависит существенно от скорости выведения радиоактивного вещества из организма. Продолжительное время удерживаются в организме элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.). Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаемые в мягких тканях, достаточно легко удаляются из организма.

Если обозначить за Тб период биологического полувыведения радионуклида из организма, то можно ввести эффективный период полувыведения, учитывающий радиоактивный распад и биологическое выведение:

который отличается широким разнообразием от нескольких часов

(24Na, 64Cu) и дней (131I, 32P) до десятков лет (226Ra, 90Sr).

В табл. 6.4 приведены значения доз (ЛД50) для различных организмов, при облучении которыми 50% особей погибает.

Таблица 6.4

Летальные дозы ЛД50 общего острого облучения

Наблюдается следующая закономерность: чем сложнее биологическая организация, тем ниже летальное значение дозы. Обращает на себя внимание низкое значение летальной дозы для хвойных деревьев. Наблюдения после взрыва в г. Кыштыме (1957 г.) контейнера с высокорадиоактивными отходами показали, что все сосны, получившие для игл дозу свыше 30 - 40 Гр, погибли в течение двух лет после аварии.

В то же время после нескольких лет с момента данной аварии не было установлено никакого экологического воздействия на планктон или водные растения в наиболее сильно загрязненных озерах.

177

Отмечена стимуляция организмов внешним воздействием малых доз, благоприятное действие. Такое явление получило название гормезиса.

6.3.1. Нормирование радиационной безопасности

Нормы радиационной безопасности НРБ-99 применяются для обеспечения безопасности человека во всех условиях воздействия на него ионизирующего излучения искусственного или природного происхождения.

Нормы распространяются на следующие виды воздействия ионизирующего излучения на человека:

•в условиях нормальной эксплуатации техногенных источников излучения;

•в результате радиационной аварии;

•от природных источников излучения;

•при медицинском облучении.

Требования Норм не распространяются на источники излучения, создающие:

•индивидуальную годовую эффективную дозу не более 10 мкЗв;

•индивидуальную годовую эквивалентную дозу в коже не более 50 мЗв и в хрусталике не более 15 мЗв;

• коллективную эффективную годовую дозу не более

1чел.-Зв;

•на космическое излучение на поверхности Земли и внутреннее облучение человека, создаваемое природным калием.

Основу системы радиационной безопасности составляют современные международные научные рекомендации, которые надежно гарантируют безопасность работающих с источниками излучения и всего населения.

Для обеспечения радиационной безопасности при нормальной эксплуатации источников излучения необходимо руководствоваться следующими основными принципами.

1. Принцип нормирования – непревышение допустимых пределов индивидуальных доз облучения граждан от всех источников излучения.

178

2.Принцип обоснования – запрещение всех видов деятельности по использованию источников излучения, если польза не превышает риск возможного вреда, причиненного облучением.

3.Принцип оптимизации – поддержание на возможно низком и достижимом уровне с учетом экономических и социальных факторов индивидуальных доз облучения и числа облучаемых лиц.

Устанавливаются следующие категории облучаемых лиц:

• персонал (группы А и Б);

• все население, включая лиц из персонала, вне сферы и условий их производственной деятельности.

Для категорий облучаемых лиц устанавливаются три класса нормативов:

• основные пределы доз;

• допустимые уровни монофакторного воздействия, являющиеся производными от основных пределов доз: пределы годового поступления, допустимые среднегодовые объемные активности и другие;

• контрольные уровни (дозы, активности, плотности потоков и др.).

В табл. 6.5 приведены основные годовые пределы доз для различных категорий облучаемых лиц, которые не включают в себя дозы от природного и медицинского облучения.

Эффективная доза для персонала не должна превышать за период трудовой деятельности (50 лет) – 1000 мЗв, а для населения за период жизни (70 лет) – 70 мЗв.

При одновременном воздействии на человека источников внешнего и внутреннего облучения годовая эффективная доза не должна превышать значений, установленных в табл. 6.5.

Для женщин в возрасте до 45 лет, работающих с источниками излучения, вводятся дополнительные ограничения: эквивалентная доза на поверхности нижней части области живота не должна превышать 1 мЗв в месяц.

Для студентов и учащихся старше 16 лет, проходящих обучение с использованием источников, годовые дозы не должны превышать значений, установленных для группы Б.

Основные пределы доз для персонала группы Б, равны 1/4 значений для персонала группы А.

179

6.4. Радиоактивность окружающей среды

Жизнь на Земле возникла и продолжает развиваться в условиях постоянного облучения (рис. 6.2). Данный радиационный фон Земли складывается из трех компонентов:

1)космического излучения;

2)излучения от рассеянных в земной коре, воздухе и других объектах внешней среды природных радионуклидов;

3)излучения от искусственных (техногенных) радионукли-

дов.

Облучение источниками ионизирующего излучения делится на внешнее и внутреннее. Внешнее облучение обусловлено источни-

ками, расположенными вне тела человека. Источниками внешнего облучения являются космическое излучение и наземные источники.

Источники внутреннего облучения – радионуклиды, попадающие в организм человека. Основную часть облучения организмы получают от естественных источников, содержащихся в атмосфере, земной коре, воде и биоте.

180