Закриті й відкриті джерела іонізуючого випромінювання.

Закритими називаються будь-які джерела іонізуючого випромінювання, будова яких виключає потрапляння радіоактивних речовин у навколишнє середовище при передбачених умовах їхньої експлуатації й зношування. При роботі із закритими джерелами іонізуючого випромінювання персонал може піддаватися тільки зовнішньому опроміненню, тому всі захисні заходи в цьому випадку здійснюються з урахуванням цієї обставини. Закриті джерела іонізуючого випромінювання по характеру дії можуть бути умовно розділені на дві групи: а) джерела випромінювання безперервної дії; б) джерела, що генерують випромінювання періодично.

До першої групи відносяться гамма-пристрої різного призначення, нейтронні, бета- і гамма-випромінювачі; до другого - рентгенівські апарати й прискорювачі заряджених частин (в останньому випадку, при прискоренні частин до енергій, що перевищують 10 Мев, можливе утворення штучних радіоактивних речовин; при цьому виникає потенційна небезпека надходження радіоактивних ізотопів в організм).

Відкритими називаються такі джерела іонізуючих випромінювань, при використанні яких можливе потрапляння радіоактивних речовин у навколишнє середовище у вигляді газів, аерозолів, а також у вигляді твердих і рідких радіоактивних відходів.

Природні й штучні джерела радіації і їхня роль у формування сумарної дози опромінення населення

Всі живі організми на Землі, у тому числі й людина, піддаються дії космічного випромінювання й радіонуклідів, що містяться в навколишньому середовищі. Вся історія виникнення й еволюції людини, що нараховує щонайменше 50 тисяч поколінь, перебігає постійно в умовах взаємодії з навколишнім середовищем, одним із численних факторів якої завжди була і є радіація. Тому оцінювати дію малих доз опромінення, які порівнюються з рівнем природного радіаційного фону, необхідно з позицій загальних закономірностей розвитку життя на Землі, фундаментальних проблем еволюції. Радіаційний фон Землі складається із трьох компонентів:

1. Випромінювання від розсіяних у земній корі, ґрунті, повітрі, воді й інших об'єктах зовнішнього середовища природних радіонуклідів, з яких значний вплив на формування дози опромінення людини вносять ⁴⁰K, ²³⁸U, ²³²Th разом із продуктами розпаду урану й торію. Природний радіаційний фон на поверхні Землі не є постійною величиною. Його зміни пов'язані як із глобальними, так і локальними аномаліями. Вони зумовлені циклічними коливаннями космічного фону й геологічних процесів. Локальні аномалії спостерігаються в окремих районах Індії, Бразилії, Ірану, Єгипту, а також на території США, Франції, СНД, у тому числі й Україні. Вони є наслідком геологічних процесів, коли в результаті інтенсивної вулканічної діяльності й горотворення важкі природні радіонукліди, насамперед уран і торій, і продукти їхнього розпаду, перемістилися з надр на поверхню Землі.

2. Космічне випромінювання складається з галактичного й сонячного, коливання якого в основному пов'язані із сонячними спалахами. Через порівняно невелику енергію, останнє мало впливає на дозу радіації поверхні Землі, але має важливе значення за межами земної атмосфери. Космічне випромінювання досягає Землі у вигляді протонів і більш важких ядерних часток, що володіють величезною енергією. Частина цієї енергії поглинається при зіткненні з ядрами атмосферного азоту, кисню, аргону, у результаті чого на висотах до 20 км виникає вторинне високоенергетичне випромінювання, що складається з мезонів, нейтронів, протонів, електронів, а також утворюються так звані космогенні радіонукліди, що випадають на поверхню Землі з опадами. До них належать вуглець-14, бериллий-7, натрій-22 та інші (усього 14 радіонуклідів).

3. Земними джерелами випромінювань є більше 60 природних радіонуклідів, у тому числі 32 радіонукліди урано-радієвого й торієвого сімейства, близько 11 довгоживучих радіонуклідів, що не входять у ці сімейства(калій-40, рубідій-87 і ін.).

Основний вплив у формуванні дози зовнішнього опромінення здійснюють гамма-випромінюючі нукліди радіоактивних сімейств - свинець -214, вісмут-214, торий-228, актиній-228, а також калій-40, які розташовуються переважно у верхньому шарі ґрунту. Однак треба враховувати, що людина значну частину часу перебуває в службових або житлових приміщеннях, у яких формування доз відбувається під впливом двох протилежно діючих факторів. Будинки, з одного боку, екранують, тобто зменшують дози опромінення із зовнішніх джерел випромінювання, з іншого боку - збільшують їх за рахунок радіонуклідів, що містяться в будівельних матеріалах, з яких побудований будинок, у тому числі, примножуючи дози внутрішнього опромінення, в основному у зв'язку із вдиханням радону. Відомо, що в цегельних, кам'яних і бетонних будинках потужність дози в 2-3 рази більше, ніж у дерев'яні. За підрахунками НКДАР ООН середня ефективна еквівалентна доза зовнішнього опромінення, що людина отримує за рік від земних джерел природної радіації, становить приблизно 350 мікрозівертів.

Внутрішнє опромінення. У середньому приблизно 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, що людина одержує від природних джерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили в організм із їжею, водою й повітрям. Зовсім невелика частина цієї дози припадає на радіоактивні вуглець-14 і тритій, які утворяться під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел земного походження. У середньому людина одержує близько 180 мікрозівертів у рік за рахунок калію-40, що засвоюється організмом разом з нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності організму. Однак значно більшу дозу внутрішнього опромінення людина одержує від нуклідів радіоактивного ряду урану-238 і в меншій мірі від радіонуклідів ряду торію-232.

Деякі з них, наприклад нукліди свинцю-210 і полонію-210, надходять в організм із їжею. Вони концентруються в рибі й молюсках, тому люди, що споживають багато риби й інших продуктів моря можуть одержувати відносно високі дози опромінення.

Десятки тисяч людей на Крайній Півночі харчуються переважно м'ясом північного оленя (карибу), у якому присутні одночасно вище згадані радіоактивні ізотопи в досить високій концентрації. Особливо великий вміст полонію-210. Ці ізотопи потрапляють в організм оленів узимку, коли вони харчуються лишайниками, у яких одночасно накопичуються ці ізотопи. Дози внутрішнього опромінення людини від полонію-210 у цих випадках можуть в 35 разів перевищувати середній рівень. А в іншій півкулі люди, що живуть у Західній Австралії в місцях з підвищеною концентрацією урану, одержують дози опромінення, які в 75 разів переважають середній рівень, оскільки їдять м'ясо овець і кенгуру.

Радон. Лише нещодавно вчені зрозуміли, що найбільш вагомим із всіх природних джерел радіації є невидимий, без смаку й смаку важкий газ (7,5 раз важче повітря) радон.

Радон постійно вивільняється із земної кори, але його концентрація у зовнішньому повітрі суттєво відрізняється у різних місцях земного шару. Як не парадоксально це може здатися на перший погляд, але переважну частину дози опромінення від радону людина одержує перебуваючи в закритому, непровітрюваному приміщенні. У зонах з помірним кліматом концентрація радону в закритих приміщеннях у середньому приблизно в 8 разів вище, ніж у зовнішнім повітрі.

Радон концентрується в повітрі всередині приміщень лише тоді, коли вони в достатній мірі ізольовані від зовнішнього середовища. Надходячи всередину приміщень тим чи іншим шляхом (просочуючись через фундамент і підлогу із ґрунту або, рідше, вивільняючись із матеріалів конструкції будинку), радон накопичується в ньому.

Найпоширеніші будівельні матеріали - дерево, цегли, бетон - виділяють відносно небагато радону. Набагато більшою питомою радіоактивністю володіють граніт і пемза, які використовувані як будівельні матеріали. Ще одне, як правило менш важливе, джерело надходження радону в житлові приміщення вважається вода й природний газ. Концентрація радону у воді повсякденного вжитку надзвичайно мала, але вода з деяких джерел, особливо із глибоких колодязів або артезіанських свердловин, містить дуже багато радону.

Однак основна небезпека, як це не дивно, не від вживання води навіть із високим вмісом радону. Зазвичай люди споживають більшу частину води в складі їжі й у вигляді гарячих напоїв (кава, чай). При кип'ятінні ж води або готуванні гарячих блюд радон сильно випаровується й тому надходить в організм в основному з некип'яченою водою. Але навіть і в цьому випадку радон дуже швидко виводиться з організму.

Набагато більшу небезпеку становить потрапляння парів води з високим вмістом радону в легені разом із повітря, що найчастіше відбувається у ванній кімнаті.

Інші джерела радіації. Вугілля, подібно більшості іншим природним матеріалів, містить незначну кількості первинних радіонуклідів. Хоча концентрація радіонуклідів у різних вугільних шарах відрізняється в сотні разів, в основному вугілля містить менше радіонуклідів, ніж в середньому земна кора. При спалюванні вугілля переважна частина його мінеральних компонентів спікається в шлаки або попіл, куди в основному попадають радіоактивні речовини.

Видобуток фосфатів ведеться в багатьох місцях земної кулі, вони використовуються головним чином для виробництва добрив. Більшість діючих в теперішній час фосфатних родовищ містять уран у досить високій концентрації. У процесі видобутку й переробки руди виділяється радон, та й самі добрива радіоактивні й радіонукліди, що втримуються в них, проникають із ґрунту в сільськогосподарські культури.

Джерела, що використовуються в медицині. У теперішній час основна частина дози, яка отримується людиною із техногенних джерел радіації, вносять медичні діагностичні й лікувальні процедури. Радіація використовується в медицині як у діагностичних цілях, так і для лікування. Одним з найпоширеніших медичних приладів є рентгенівський апарат.

Одержують все більш широке поширення й нові складні діагностичні методи, що базуються на використанні радіонуклідів. Як не парадоксально, але одним з основних методів боротьби з раком є променева терапія. Зрозуміло, що індивідуальні дози сильно варіюють - від нуля (у тих, хто жодного разу не проходив навіть рентгенологічного обстеження) до багатьох тисяч середньорічних “природних” доз (у пацієнтів зі злоякісними новоутвореннями). Хоча опромінення в медицині спрямоване на зцілення хворого, нерідко дози виявляються невиправдано високими: їх можна було б істотно зменшити без зниження ефективності лікування, причому користь від такого зменшення була б досить істотна.

Найпоширенішим видом випромінювання, що застосовується в діагностичних цілях, є рентгенівські промені. Згідно з даними у розвинутих країнах, на кожних 1000 жителів доводиться від 300 до 900 обстежень у рік - і це не вважаючи рентгенологічних досліджень зубів і масової флюорографії. Менш повні дані по країнах, що розвиваються, показують, що тут число проведених обстежень не перевищує 100-200 на 1000 жителів. У дійсності близько 2/3 населення Землі проживає в країнах, де середнє число рентгенологічних обстежень становить не більше 10% від числа обстежень у промислово розвинених країнах.

У більшості країн біля половини рентгенологічних обстежень припадає на дослідження органів грудної клітки. Однак у міру зменшення частоти захворювань туберкульозом доцільність масових обстежень в окремих регіонах знизилася. Нещодавно з'явився цілий ряд технологічних удосконалень, які за умови їхнього правильного застосування могли б зменшити дозу опромінення при рентгенологічному обстеженні.

Навіть у межах однієї країни дози сильно варіюють у різних клініках. Дослідження проведені у ФРН, Великобританії й США, показують, що дози, отримані пацієнтами, можуть різнитися в сто разів. Іноді опроміненню піддається вдвічі більша площа поверхні тіла, ніж це необхідно. Нарешті встановлене, що зайве радіаційне опромінення часто зумовлене незадовільним станом або неписьменною експлуатацією встаткування. Завдяки технічним удосконаленням можна зменшити й дози, одержувані пацієнтами при рентгенографії зубів. Це дуже важливо хоча б тому, що в багатьох розвинених країнах дане рентгенологічне обстеження проводиться найбільше часто. Максимальне зменшення площі рентгенівського пучка, його фільтрація, що забирає зайве випромінювання, використання більше чутливих плівок і правильне екранування - все це зменшує дозу.

Менші дози повинні використовуватися й при обстеженні молочної залози. Уведені в другій половині 70-х років нові методи рентгенографії цього органа вже привели до істотного зниження рівня опромінення в порівнянні з колишнім, однак він може бути зменшений і далі без погіршення якості рентгенограм. Зменшення дози дозволило збільшити число обстежень молочної залози.

Таблиця C. Середні еквівалентно-ефективні дози опромінення населення розвинених країн.

Джерела опромінення	По даним НКДАР при ООН		У СНД
	мкЗв/рік	мбер/рік	мкЗв/рік	мбер/рік
Природні:
космічне випромінювання	300	30	320	32
опромінення при польотах на літаках	0,5	0,05	-	-
фонове -випромінювання	350	35	270	27
внутрішнє опромінення, у тому числі від паління від викидів ТЕС	420 50 -	42 5 -	420 - 1,9	42 - 0,19
додаткове опромінення від будівельних матеріалів	970	97	450	45
Разом	2100	200	1460	150
Штучні:
медичні джерела опромінення (рентгенодіагностика)	1000	100	1650	165
випробування ядерної зброї	15	1,5	20	2,0
ядерна енергетика	0,1	0,01	0,1	0,01
опромінення, обумовлене професійною діяльністю	4	0,4	-	-
Разом	1020	102	1670	170
Разом	3120	300	3130	335

Забезпечення радіаційної безпеки при роботі із закритими джерелами іонізуючого випромінювання досягається комплексом санітарно-гігієнічних, інженерно-технічних і організаційних заходів, перелік яких, природно, залежить від активності випромінювача, виду використовуваного випромінювання, технології й способів застосування джерел. Разом з тим в основу всіх заходів захисного характеру покладена головна вимога про те, щоб дози опромінення як персоналу, так і осіб інших категорій не перевищували припустимих величин.

Захисні заходи, що дозволяють забезпечити умови радіаційної безпеки при застосуванні закритих джерел, засновані на знанні законів поширення іонізуючих випромінювань і характеру їхньої взаємодії з речовиною. Головні з них наступні:

а) доза зовнішнього опромінення пропорційна інтенсивності випромінювання й часу впливу;

б) інтенсивність випромінювання від крапкового джерела пропорційна кількості квантів або часток, що виникають у ньому за одиницю часу, і обратнопропорциональна квадрату відстані; в) інтенсивність випромінювання може бути зменшена за допомогою екранів.

Із цих закономірностей випливають основні принципи забезпечення радіаційної безпеки: 1) зменшення потужності джерел до мінімальних величин (“захист кількістю”); 2) скорочення часу контакту із джерелом (“захист часом”); 3) збільшення відстані від джерел до працюючих (“захист відстанню”); 4) екранування джерел випромінювання матеріалами, що поглинають іонізуючі випромінювання (“захист екранами”).

Залежно від виду іонізуючих випромінювань для виготовлення екранів застосовуються різні матеріали, а їхня товщина визначається потужністю випромінювань. Так, кращими для захисту від рентгенівського й гамма-випромінювань, що дозволяють домогтися потрібного ефекту по кратності ослаблення при найменшій товщині екранів, є матеріали з більшою кількістю протонів, наприклад свинець і уран. Однак, з огляду на високу вартість свинцю й урану, можуть застосовуватися екрани з більше легких матеріалів - просвинцованного скла, заліза, бетону, баритобетона, залізобетону й навіть води. У цьому випадку, природно, еквівалентна товщина екранів набагато перевершує ту, котра могла б забезпечити потрібну кратність ослаблення за допомогою свинцю або урану. Цегла, бетон, баритобетон, залізобетон і інші будівельні матеріали часто використовуються як вихідну сировину для виготовлення екранів у тих випадках, коли екрани одночасно є будівельними конструкціями споруджень. Вода - досить дешевий захисний матеріал, тому при створенні захисних екранів для захисту від рентгенівського й гамма-випромінювань у першу чергу виходять із міркувань технології виробництва й можливих економічних витрат (вартості екранів з тих або інших матеріалів).

Атомна енергетика. На кінець 1990 р. у світі працювало більше 400 атомних реакторів. Згідно даних НКДАР при ООН весь ядерно-паливний цикл дає очікувану колективну ефективну еквівалентну дозу опромінення за рахунок ізотопів з коротким терміном життя близько 5,5 людино-зв на Гвт/рік виробленої на АЕС електроенергії. Так до 2000 р. річна колективна доза опромінення від усього ядерного циклу буде становити близько 10000 людино-зв.

Ядерні вибухи. За останні 40 років кожен з нас піддавався опроміненню від радіоактивних опадів, які утворились в результаті ядерних вибухів. Максимального рівня ці випробування досягли у наступні історичні періоди: перший у 1954-1958 роки, коли вибухи проводили Великобританія, США й СРСР, і другий, значніший, у 1961-1962 роки, коли їх проводили переважно Сполучені Штати й Радянський Союз.

Найбільша кількість радіоактивних опадів спостерігалося після аварії на Чорнобильській атомній електростанції (ЧАЕС) у квітні 1986 р. Основні радіонукліди у викидах з аварійного блоку: ¹³³Xe, ⁸⁵Kr, ¹³¹I, ¹³²Tc, ¹³⁴Cs, ¹³⁷Cs, ⁹⁹Mo, ⁸⁹Sr, ⁹⁰Sr і ін. Ця аварія впливала й продовжує впливати на здоров'я людей, що проживають на забруднених радіонуклідами територіях, внаслідок зовнішнього й внутрішнього опромінення від радіонуклідів, що утримуються в продуктах харчування, питній воді й повітрі.