1.2. Іонізуюче випромінювання. Природні і штучні (антропогенні) джерела іонізуючих випромінювань. Радіоактивний радон

Поняття «Іонізуюче випромінювання» об'єднує різноманітні види, різні за своєю природою випромінювання.

Схожість їх полягає в тому, що усі вони відрізняються високою енергією, мають властивість іонізувати і руйнувати біологічні об'єкти.

Іонізуюче випромінювання, це будь-яке випромінювання, взаємодія якого з середовищем призводить до утворення електричних зарядів різних знаків.

Розрізняють корпускулярне і фотонне іонізуюче випромінювання.

Корпускулярне іонізуюче випромінювання, потік елементарних часток з масою спокою, відмінною від нуля, яке утворюється при радіоактивному розпаді, ядерних перетвореннях або генерується на прискорювачах. Це альфа і бета частки, нейтрони, протони та ін.

Фотонне іонізуюче випромінювання, потік електромагнітних коливань, які поширюються у вакуумі, з постійною швидкістю 300000 км/сек. Це гамма, рентгенівські і ультрафіолетові випромінювання.

Вони відрізняються умовами науки і властивостями (завдовжки хвилі і енергією).

Випромінювання характеризуються своєю іонізуючою і проникаючою здібностями.

Іонізуюча здатність визначає питомою іонізацією, числом пар іонів, що створюються часткою в одиниці об'єму, маси середовища або на одиниці довжини шляху.

Проникаюча здатність випромінювань визначається величиною пробігу. Пробігом називається шлях, пройдений часткою в речовині до її повної зупинки, обумовленої тим або іншим видом взаємодії.

Природні і штучні (антропогенні) джерела іонізуючих випромінювань

Випромінювання виходить як від природних, так і штучних (антропогенних) джерел іонізуючої радіації. Усе населення Землі піддається дії радіаційного фону (РФ) того, що має відносно постійний рівень.

Під радіаційним фоном (РФ) прийнято розуміти:

- іонізуючі випромінювання від природних джерел космічного і природного походження;

- штучно розсіяні у біосфері радіонукліди як результат діяльності людини.

Розрізняють:

- природний (природний) радіаційний фон (ПРФ), який є іонізуючими випромінюваннями, що діють на людину на поверхні Землі від природних джерел космічного і земного походження;

- технологічно змінений природний радіаційний фон (ТЗПРФ) є іонізуючим випромінюванням від природних джерел, що зазнали певні зміни в результаті діяльності людини. Наприклад: випромінювання від природних радіонуклідів, що поступають у біосферу разом з витягнутими з надр Землі корисними копалини; в результаті вступу в довкілля продуктів згорання органічного палива; випромінювання в приміщеннях, побудованих з матеріалів, що містять природні радіонукліди;

- з початком ширшого випробування ядерної зброї, а також забруднення в результаті аварій і експлуатації ядерних об'єктів, виникло глобальне забруднення довкілля штучними радіонуклідами.

Мірою радіаційного фону є потужність поглиненої дози. Оцінюючи радіаційний фон на місцевості (рівень радіаційного фону) вимірюють потужність поглиненої дози в повітрі на висоті 10 см від поверхні землі (відповідає центру тіла дорослої людини).

Природний радіаційний фон є основним компонентом радіаційного фону, Природні джерела іонізуючого випромінювання, що формують природний радіаційний фон підрозділяються на:

- позаземні зовнішні космічні випромінювання;

- зовнішні земного походження, тобто радіонукліди, присутні в земній корі, воді, повітрі;

- внутрішні, радіонукліди природного походження, що накопичуються в організмі людини.

Сонце можна порівняти з величезним термоядерним реактором або вируючим котлом, яке викидає у бік Землі потужний потік:

- короткохвильового електромагнітного випромінювання, досягає Землі за 8 хвилин;

- плазми («сонячний вітер»), досягає Землі через дві доби;

- космічних променів, досягають Землі через декілька годин. Крім того, вони поступають на Землю зі Всесвіту.

Космічні промені є потоком ядерних часток, що падають не земну поверхню.

Це, так зване первинне космічне випромінювання, що складається з: протонів 92%; альфа часток 7%; атомів літію, вуглецю, азоту і кисню 1%.

При попаданні космічних часток в атмосферу відбувається їх взаємодія з атомами і молекулами атмосфери. Виникає вторинне космічне випромінювання.

У екзосфері і стратосфері частина енергії первинного космічного випромінювання стикається з ядрами атмосферного азоту, кисню, аргону і виникає високе енергетичне світіння (на висоті близько 30 км.).

У міру наближення до поверхні Землі інтенсивність космічних часток первинного випромінювання знижується, інтенсивність вторинного випромінювання на висоті 20-30 км досягає максимуму.

У другому космічному випромінюванні виникає ряд нових часток: протони; нейтрони (осколки ядра); пі-мезони трьох видів (негативний, позитивний, такий, що не має заряду). Тут з'являються космогенні радіонукліди, які з атмосферними осіданнями потрапляють на поверхню Землі : тритій, вугілля 14, берилій 7, натрій 22 та ін. (всього більше 10).

На рівні моря інтенсивність первинного випромінювання складає близько 0,05% первинної величини.

Вторинне ж випромінювання складається з пі-мезонів 80% і електронів 20%. Слід зазначити, що рівень космічного випромінювання певною мірою залежить геомагнітної широти, зростаючи від екватора до полюсів (на рівні моря 14%).

Оскільки інтенсивність космічного випромінювання росте, екіпажі літаків і пасажири, які часто літають на висоті 8-11 км, з часом отримують значні дози радіації; за 2 години польоту більше, ніж за тиждень на земній поверхні. При польоті на висоті 13 км, людина отримує дозу радіації 1 Мр. за 2400 км відстані.

Кожен житель планети в середньому від космічного опромінення протягом року отримує радіаційну дозу близько 300 МкЗв (0,03 бер).

Природна радіоактивність обумовлена радіоактивними ізотопами природного походження присутніми в усіх оболонках Землі: літосфері, гідросфері, атмосфері і біосфері.

Радіоактивні елементи Землі умовно можна розділити на три групи:

- радіоактивні ізотопи, що входять до складу радіоактивних сімейств, родоначальниками яких є уран 238, торій 231 та ін.;

- генетично не пов'язані зніми радіоактивні елементи: калій 40, кальцій 48, рубідій 87 та ін.;

- радіоактивні ізотопи, що безперервно виникають на Землі в результаті ядерних реакцій під впливом космічних променів. Найбільш важливі з них, вуглець 14 і тритій.

Головним джерелом вступу в зовнішнє середовище природних радіоактивних речовин, широко поширених в усіх оболонках Землі, являються гірські породи, походження яких пов'язане з включенням до їх складу радіоактивних елементів в періоди формування і розвитку Планети. Велика частина природних радіоактивних елементів міститься в гірських породах, що утворюють товщу земної кори. Земних природних джерел випромінювання зараз налічується близько 60.

Зміст в природних водах радіоактивних речовин залежить від умов їх формування. Усі води можна умовно розділити на: метеоритні, води відкритих водойм суші і води морів і океанів.

Води метеоритні зазвичай малоактивні. Вони містять сліди тритію, вуглецю 14, берилію 7, що виникають в результаті взаємодії космічного випромінювання з атомами і молекулами атмосферного повітря.

Радіоактивність підземних вод в основному обумовлена присутністю: калію 40, радію 226, радону 222.

Найбільшу радіоактивність мають мінеральні води.

Радіоактивність річкової води обумовлена, в основному, присутністю: калію 40 і радію 226.

Вода морів і океанів містить наступні радіоактивні речовини: калій 40, уран 238, радій 226.

Природна радіоактивність повітря обумовлена радіоактивними ізотопами, що виникають в атмосфері в результаті дії космічного випромінювання, радіоактивних газів (радон 222, торій 220, актиній 219), що поступають з верхніх шарів земної кори, радіоактивних ізотопів, що утворюються в процесі життєдіяльності людини і так далі

Дослідження, які проводилися упродовж останніх років, свідчать, що удома, в яких живуть люди, з одного боку, захищають їх від зовнішніх радіаційних опромінень. А з іншою, збільшують загальну дозу опромінення за рахунок радіонуклідів, які містяться у будівельних матеріалах, і особливо в радоні, який міститься усередині приміщень.

Вже досконально відомо, що потужність радіаційної дози в дерев'яних будинках в два-три рази менше, ніж в кам'яних або бетонних будинках. А у будинках, побудованих з шлакоблоків, потужність радіаційної дози, як правило, в десятки разів більше, ніж в дерев'яних.

Населення міст, особливо великих, в цілому завжди отримує дози вище в порівнянні з жителями сільських місцевостей. Найсильніший радіаційний фон в містах, де переважають граніти, в яких урану 2-3 рада, торія в 3-10 разів більше, ніж в піщаниках і вапняках.

Людина завжди була схильна до дії радіації. Її величина, залежно від місцевості, варіюється від 100 Мбер до 1,2 бер в рік. Середнє значення на Україні складає 300 мбер в рік, а її радіаційний фон складає 10-30 мкбер/ годину.

Ослаблена атмосферою радіація приходить з космосу, сходить від землі, її випромінюють гранітні будівлі і хімічні елементи в тілі людини.

Є території, де сумарна доза радіації Землі, що рветься з надр, вища, ніж в Чорнобильській зоні, і основну долю її складає радон.

Радон, це невидимий, такий, що не має кольору, запаху і смаку, важкий (у 7,5 раз важче за повітря) радіоактивний газ, який постійно утворюється, накопичується і поступовий по тріщинах переміщається до поверхні з глибин Землі, при розпаді радіоактивних: урану, торія, актинія.

Радон, має велику можливість виходу в атмосферу в порівнянні з тором і актинієм, оскільки період напіврозпаду його складає 3,8 доби, тоді як для торія період напіврозпаду дорівнює 54 секунди, а для актинія 3,9 секунди.

Учені Українського наукового центру радіаційної медицини стверджують, що близько 70% дози опромінення населення України від усіх джерел природної радіоактивності падає на радон. Винуватцем є Український щит, тектонічна структура, яка тягнеться з півночі на південь майже посередині України і займає близько 30% усієї території. Полягає цей щит з гранітів, і інших кристалічних порід, які мають підвищену радіоактивність.

Радон є присутнім скрізь: в каменях, бетоні, ґрунті, газі, воді. Він проникає у будинки з ґрунту; крізь тріщини у фундаменті і через підлогу. Скупчується в основному на нижніх поверхах житлових і виробничих будівель. Основну частину дози опромінення від радону людина отримує, знаходячись в закритому не провітрюваному приміщенні; в середньому в 8 разів вона вища, ніж в зовнішньому повітрі.

Деякі житлові будинки і виробничі корпуси будуються безпосередньо на старих відвалах гірничодобувних підприємств, де радіоактивні елементи є присутніми в значних кількостях.

Джерелом радонної радіації стає матеріал стін. Найпоширеніші будівельні матеріали, які виділяють мало радону - дерево, цеглину (білий), бетон (цемент), пісок, гравій.

Якщо у будівництві застосовуються такі матеріали, як: граніт, пемза, фосфогіпс (природний гіпс коштує дорого), глинозем, червона цеглина (червона глина), кальцево-силікатний або доменний шлак, зольний пил (спалювання вугілля), джерелом радонової радіації стає матеріал стін.

Ще одним джерелом радіації (менш важливим) вступу радону в житла представляє вода і природний газ. Радон проникає в природний газ і артезіанську воду під землею. Концентрація радону в приміщенні може помітно зрости, якщо кухонні плити, опалювальні і інші нагрівальні пристрої, в яких спалюється газ, не забезпечені витягом.

Високий вміст радону у воді артезіанських колодязів, в мінеральній і «газованій воді». Проте основна небезпека по радону виходить не від їжі і води, оскільки при кип’ячені (їжа, чай, кава) радон значною мірою випаровується, тому потрапляє в організм в основному з некип'яченою водою.

Велику небезпеку представляє попадання пари з високим вмістом радону в легені разом з вдихуваним повітрям, що найчастіше відбувається у ванній кімнаті. Так при обстеженні будинків виявилось, що в середньому концентрація радону, у ванні в 3 рази вище, ніж на кухні (адже радон виділяється з природного газу) і в 40 разів вище, ніж в житловій кімнаті.

Зразковий розклад концентрації радону в квартирі:

- з ґрунту під будівлею 41,7 Бк/м, або 50% (100 Бк/м відповідають 100%);

- з будівельних матеріалів 6,4 Бк/м, або 10%;

- від повітря вулиці 5 Бк/м, або 8%;

- від побутового газу 0,3 Бк/м, або 1%;

- від води 0,1 Бк/м, або 1%.

Ще 400 - 300 років тому в Південній Німеччині були відомі випадки смерті рудокопів гірників, які отруїлися під землею якимсь газом. Хворобу гірників досліджував німецький лікар Л. Телепі. Він встановив, що смертельна хвороба є раком легенів і розвивалася вона із-за високої концентрації радону в повітрі шахт і копалень.

У 1984 році Національна комісія радіаційної безпеки США повідомила населення своєї країни про небезпеку отруєння радоном. Тоді в США було обстежено сотні тисяч будинків і у багатьох з них виявлена підвищена кількість радону, вплив якого на організм був негативним, аналогічним викурюванню 40 сигарет на день. Близько 20% будинків в США мають таку кількість радону в повітрі, що мешкати в них небезпечно. Американські учені вважають, що від раку легенів радонового походження в США щороку помирає близько 20 тис. чоловік.

Українські учені, в результаті досліджень встановили, що в повітрі жител, навіть в найбільш забруднених населених пунктах, в результаті катастрофи на ЧАЕС, вклад аварійної компоненти в сумарну дозу опромінення населення вище радоновою тільки в перший після аварійний період. Нині радон на Україні у більшості випадків за величиною створюваної дози знаходиться на першому місці. Встановлено, що однією з причин різкого збільшення концентрації радону в приміщеннях є магнітні бурі.

У наші легені щохвилини поступає декілька мільйонів радіоактивно небезпечних атомів радону, викликаючи хворобливі синдроми. При вдиханні вони відкладаються в легенях, шляхом подальшого радіоактивного розпаду відбувається поразка навколишніх тканин, що призводить до утворення ракових клітин. Потрапляючи в організм, вони відразу ж завдають шкоди залозам внутрішньої секреції, гіпофізу, корі підниркових органів і викликає у третини населення задушення, серцебиття, мігрень, тривожний стан, безсоння.

В процесі дослідження будинків на Україні у багатьох з них виявлена підвищена концентрація радону.

На Україні необхідність проведення виміру радону регламентується «Положенням про радіоактивний контроль на об'єктах будівництва і підприємствах будіндустрії України». Згідно з цим нормативним документом, допустимі рівні середньорічної еквівалентної рівноважної концентрації радону в повітрі приміщень, будівель, що будуються і реконструйовані, і споруд з постійним перебуванням людей, не повинна перевищувати 50 Бк/м, а інакше необхідно обмежити перебування людей в цих будівлях або провести спеціальні протирадіаційні заходи.

Наявність радону може бути визначена за допомогою спеціальних приладів, тобто професійного багато параметричного радон - монітора.

Рекомендації до застосування:

- для виміру об'ємної активності радону в існуючих будівлях і житлах, а також при здачі в експлуатацію нових будівель і споруд;

- для виявлення місць вступу радону в житла.

Відмітні особливості:

- діапазон вимірів від 2 Бк/м;

- вимір окрім радону ще температури, тиску і вологості одночасно.