6. Надзвичайні ситуації на радіаційно небезпечних об'єктах та при застосування ядерної зброї

Радіоактивні речовини та джерела іонізуючих випромінювань широко використовуються у виробництві, наукових дослідженнях, медицині та, на жаль, при створенні зброї. Статистика свідчить, що близько 3 тис. підприємств на території України використовують радіоактивні речовини.

Протягом 1997-2000 р.р. на АЕС України зареєстровано 131 надзвичайну ситуацію, що не мали серйозних наслідків - після всіх НС радіаційний фон на станціях залишався у межах норми.

Катастрофи, пов'язані з радіоактивними речовинами та застосування ядерної зброї, є найбільш небезпечними надзвичайними ситуаціями. Адже їх наслідки мають найважчий і найдовший негативний вплив на людей.

Перш ніж перейти до безпосереднього розгляду причин такого виду надзвичайних ситуацій та їх наслідків, розглянемо фізичну суть радіації та специфіку її дії на людину.

Термін "іонізуюче випромінювання" об'єднує різні за своєю фізичною природою види випромінювань, що мають здатність іонізувати речовину. Людський організм не має органу, який міг би сприймати іонізуюче випромінювання.

Електромагнітне випромінювання включає частину спектра, що починається з жорсткого ультрафіолету, переходить у рентгенівське випромінювання і закінчується гамма-випромінюванням. У практиці для позначення всіх видів електромагнітного іонізуючого випромінювання користуються терміном гамма-випромінювання, так як найчастіше його частка у загальному потоці найбільша, і воно має найсильніший іонізуючий ефект. Жорстке ультрафіолетове випромінювання - це найбільша короткохвильова частина ультрафіолетового випромінювання, воно, як і рентгенівське, генерується атомами чи молекулами внаслідок зміни стану електронів на зовнішніх оболонках.

Альфа-випромінювання (а) — потік позитивно заряджених частинок (рис. 3.4), що складаються з двох протонів та двох нейтронів і за структурою відповідає ядрам атомів гелію, які називаються а-частинками та мають високу іонізуючу і малу проникаючу здатність. Відомо близько 40 природних та понад 200 штучних альфа-активних ізотопів. У повітрі альфа-частинки пролітають кілька сантиметрів, добре затримуються речовинами, в шкіру проникають на глибину до 0,1 мм. Найбільшу небезпеку а-випромінювання становить при внутрішньому опроміненні організму та аплікації на шкіру.

Бета-випромінювання - потік електронів або позитронів, що називаються |3-частинками. Випромінюються атомними ядрами при бета-розпаді радіоактивних ізотопів. При взаємодії р-частинок з речовиною утворюється рентгенівське випромінювання. Іонізуюча здатність бета-випромінювання менша, ніж у альфа-випромінювання, а проникаюча здатність вища. Найбільш енергетичні р-частинки можуть проникнути через шар алюмінію до 5 см.

Гама-випромінювання - електромагнітні хвилі з частотою 310 Гц і більше, що мають високу проникаючу здатність. Гама-випромінювання виникає при ядерних вибухах, розпадах радіоактивних ядер, елементарних часток, а також при проходженні швидких заряджених часток крізь речовину. Використовується у медицині (променева терапія), для стерилізації приміщень, апаратури, ліків, продуктів харчування. Найбільш ефективно ослабляється матеріалами з високою щільністю.

Потоки нейтронів, протонів виникають при ядерних реакціях їх дія залежить від енергії часток. Зазвичай, потоки нейтронів поділяють на повільні (холодні), швидкі та над швидкі.

Для вимірювання радіоактивності використовується цілий ряд одиниць. У практиці радіаційних досліджень по нині використовуються старі позасистемні одиниці (система СГС) та одиниці системи СІ, що ускладнює сприйняття інформації. У таблиці 3.3 приведено одиниці радіоактивності в обох системах та переведення їх з однієї системи у іншу.

Кількісною характеристикою джерела випромінювання є активність. Для вимірювання активності (міра кількості радіоактивної речовини, виражена числом радіоактивних розпадів за одиницю часу) застосовується одиниця бекерель (Бк), яка чисельно дорівнює одному ядерному перетворенню за секунду (розпад/с). Позасистемною одиницею активності є Кюрі, що відповідає активності 1 г радію або 3,7х10¹⁰ розпадів за секунду.

Експозиційна доза характеризує іонізуючу здатність випромінювання у повітрі, тобто потенційні можливості іонізуючого випромінювання. За одиницю дози у системі СІ прийнятий Кулон поділений на кілограм (Кл/кг) - це така доза випромінювання, при якій у 1 кг сухого повітря виникає така кількість іонів, які мають заряд 1 кулон електрики кожного знаку. Позасистемною одиницею експозиційної дози є рентген (Р) - одна з найпоширеніших одиниць вимірювання радіоактивності.

Поглинута доза характеризує енергію іонізуючого випромінювання (незалежно від виду випромінювання), яка поглинута одиницею маси опроміненого середовища. Одиниця вимірювання поглинутої дози в системі СІ - грей (Гр), позасистемна одиниця - рад. При підрахунках експозиційну дозу прирівнюють до поглинутої 1Р=1рад, проте для точних розрахунків необхідно враховувати, що 1 Р відповідає поглинута доза у повітрі 0,87 рад, у воді та живій тканині - 0,93 рад.

Біологічний ефект іонізуючого випромінювання надзвичайно сильний і не може бути порівняним з дією будь-якого іншого виду енергії. Однократна смертельна доза іонізуючого випромінювання для людини становить 5 Гр, тобто відповідає поглиненій енергії випромінювання 5 Дж/кг. Така кількість теплової енергії витрачається нагрівання склянки води до 100°С або не більше, ніж на 0,001 °С хіла людини.

Поглинута доза не відображає біологічну дію радіації, а тільки свідчить про кількість поглинутої енергії. Для оцінки біологічного пливу різних видів іонізуючих випромінювань на організм людини використовується еквівалентна доза, що у системі СІ вимірюється у іверах (Зв), у системі СГС – берах. Еквівалентна доза служить для оцінки радіаційної небезпеки різних видів випромінювань.

Еквівалентна доза показує біологічний ефект будь-якого іонізуючого випромінювання, що приведений до впливу, який викликають гама-промені:

Д=К-Дп,

де: Д - еквівалентна доза; Дп - поглинута доза; К - коефіцієнт якості випромінювання, який вказує, у скільки разів біологічний ефект даного виду випромінювання відрізняється від такої ж дії гама-випромінювання. При наближених розрахунках, пов'язаних тільки з у-випромінюванням (проникнення радіоактивного пилу в організм людини 4: виключено) можна вважати, що експозиційна, поглинута та р ~ еквівалентна дози практично рівні: 1 бер = 1 рад = 1 рентген. Плануючи заходи цивільної оборони, користуються показником колективної еквівалентної дози, тобто дози, яка отримана групою людей. Колективну ефективну еквівалентну дозу, яку отримують багато поколінь людей від будь-якого радіоактивного джерела за час його існування, називають очікуваною (повною) колективною ефективною еквівалентною дозою.

Поглинута та експозиційна дози випромінювання, віднесені до одиниці часу, визначають потужність доз (рівень радіації).

Рівень радіації характеризує, наприклад, ступінь забруднення місцевості та вказує, яку дозу може одержати людина, знаходячись на забрудненій місцевості, за одиницю часу. Рівень радіації вимірюється у рентген/годинах, рад/годинах, бер/ годинах.

Ступінь, глибина і форма променевих вражень біологічних об'єктів, у першу чергу, залежить від величини поглинутої дози, тобто величини поглинутої енергії випромінювання. Велика одноразова доза викликає важчі наслідки, ніж систематична, що сумарно дорівнює однократній.

Різні частини тіла неоднаково реагують на отриману дозу опромінення. Найчужливіші до радіації - червоний кістковий мозок, щитовидна залоза, внутрішні органи, статеві органи, молочні залози. Наприклад, при однаковій еквівалентній дозі виникнення раку у легенях імовірніше, ніж у щитовидній залозі. Тому дози опромінення органів та тканин вираховуються за різними коефіцієнтами. При рівномірному опроміненні усього тіла із 100 % дози опромінення червоний кістковий мозок поглинає 12 %, молочні залози - 15 %, легені - 12 %, яєчники чи сім'яники - 25 %, щитовидна залоза - 3 %, кісткова тканина - 3 %, інші тканини - ЗО %. Дані цифри характеризують коефіцієнти радіаційного ризику цих органів.

Сумарний ефект опромінення організму характеризується ефективною еквівалентною дозою, яка вираховується шляхом додавання доз, отриманих усіма органами та тканинами, помноженими на коефіцієнт ризику.

Іонізація живої тканини викликає невластиві організмові хімічні, фізичні та біологічні процеси, що призводить до розриву молекулярних зв'язків і зміни хімічної структури різних сполук, утворення токсинів, наслідком чого є загибель клітин та розвиток променевої хвороби.

Під дією іонізуючого випромінювання відбувається іонізація води з утворенням іонів ЕҐ та ОН", а в подальшому хімічно активних оксидів Н0₂ і перекису водню Н₂0₂, що взаємодіють з білками, ферментами, нуклеопротеїдами та іншими речовинами з утворенням вільних радикалів, які, в свою чергу, вступають у наступні реакції. Тому іонізація навіть однієї молекули може призвести до лавиноподібного ефекту. Це пояснює ефект, що надзвичайно мала енергія іонізуючого випромінювання викликає надзвичайно сильну біологічну дію на організм. Захворювання, спричинені іонізуючим випромінюванням, можуть бути гострими чи хронічними, загальними і місцевими. Гострі ураження, як правило, наступають при опроміненні великими дозами протягом короткого проміжку часу, хронічні - у разі тривалого опромінення у невеликих дозах.

Найчастіше при опроміненні спостерігається кістково-мозкова форма, що має чотири ступеня. У разі опромінення до 6 Гр та своєчасного медичного втручання, видужання наступає через 3 місяці - З роки. При опроміненні більше 6 Гр перебій хвороби залежить від індивідуальних особливостей організму і може закінчитися летальним наслідком уже через кілька тижнів.

Первинна реакція при кишковій формі гострої променевої хвороби виникає у перші хвилини після опромінення і має важкий перебіг. На 5-8 добу стан хворого різко погіршується, а летальний кінець наступає на 8 - 16 добу.

Судинна форма променевої хвороби має ще швидший перебіг, при якому смерть наступає через 4—7 діб.

Для церебральної форми променевої хвороби характерний колапс хворого із знепритомнінням та вкрай тяжкий і швидкий перебіг. Смерть наступає у перші 3 доби, а деколи у перші години після опромінення.

Найуразливіша до дії радіації кровотворна система організму, вона припиняє нормальне функціонування при дозах опромінення 0,5-1 Гр. Однак вона має високу здатність до відновлювання, і, якщо доза опромінення була не дуже велика, кровоносна система може повністю відновити свої функції.

Одноразове опромінення сім'яників при дозі лише 0,1 Гр призводить до тимчасової стерильності чоловіків, доза понад 2 Гр може призвести до сталої стерильності. Яєчники менш чутливі, але дози понад 3 Гр можуть призвести до безпліддя. Для цих органів сумарна доза, отримана за кілька разів, більш небезпечна, ніж така ж, але одноразова, на відміну від інших органів людини.

Очі людини уражаються при дозах 2-5 Гр. Встановлено, що професійне опромінення з сумарною дозою 0,5-2 Гр, отримане протягом 10-20 років, призводить до каламутності кришталика.

Норми радіаційної безпеки. Метою нормування іонізуючих змінювань є охорона здоров'я людей, забезпечення безпечної ситуації джерел іонізуючого випромінювання, охорона навколишнього середовища. Перші норми і опромінення людей були визначені на початку століття. Відсутність глибоких наукових досліджень на той час ловило визначення безпечної дози, що становила десяту частину (дози, яка викликає еритему (почервоніння) шкіри через 130 діб. | Вже у 1934 році Міжнародна комісія радіаційного захисту КРЗ) зменшила дозу і встановила так звану толерантну дозу рентгена за добу, яка згодом була ще зменшена до 0,05 рентгена за або 18 рентгенів за рік, а назва "толерантна доза" змінена на гранично допустима доза".

Норми іонізуючого випромінювання змінювалися ще кілька раз. Сучасне нормування ґрунтується на теорії, прийнятій МКРЗ у 1958 році лінійної залежності, "доза-ефект", згідно з якою будь-які найнезначніше опромінення можуть викликати небажані генетичні наслідки, причому ймовірність таких наслідків прямо пропорційна дозі.

В Україні нормування іонізуючих випромінювань здійснюється на основі Закону України "Про захист людини від впливу іонізуючих випромінювань" від 14 січня 1998 року за № 15/98-ВР. Цей Закон регулює правовідносини між державою в особі її відповідних органів виконавчої влади, з юридичними та фізичними особами, що виникають у зв'язку з практичною діяльністю, пов'язаною з іонізуючими випромінюваннями.

Нормами радіаційної безпеки визначені три категорії людей, що зазнають дії іонізуючого опромінення.

Категорія "А" — особи, що постійно або тимчасово працюють з джерелами іонізуючих випромінювань.

Категорія "Б" — особи, що безпосередньо не працюють з джерелами іонізуючих випромінювань, але можуть отримати додаткове опромінення.

Категорія "В" — все населення, діяльність якого ніяк не пов'язана в використанням джерел іонізуючих випромінювань.

Основна дозова межа індивідуального опромінення населення не повинна перевищувати 1 мЗв (мілізіверта) ефективної дози опромінення за рік, що відповідає 0,1 БЕР у системі СГС.

Основна дозова межа індивідуального опромінення персоналу об’єктів, на яких здійснюється практична діяльність, пов'язана з іонізуючими випромінюваннями, не повинна перевищувати 20 мЗв елективної дози опромінення на рік, при цьому допускається її збільшення до 50 мЗв за умови, що середньорічна доза опромінення протягом п'яти років підряд не перевищує 20 мЗв.

В умовах надзвичайних ситуацій, пов'язаних з радіоактивними речовинами та при ліквідації наслідків таких НС перевищення доз опромінення людей, встановлених Законом України "Про захист людини від впливу іонізуючих випромінювань" допускається лише за одою людей залучених до ліквідації наслідків у випадках, якщо не Можна вжити заходів, які виключають їх перевищення і можуть виправдані лише порятунком людей та попередженням дальшого небезпечного розвитку аварії і запобіганням опромінення це більшої кількості людей. При цьому необхідно враховувати, що опромінення не повинні викликати променевої хвороби. Однократна доза опромінення "це доза отримана за будь-який час протягом чотирьох діб, при эму відлік діб починається з отримання першої дози опромінення.

Аварії з викидом радіоактивних речовин

До катастрофічних наслідків можуть призвести великі аварії на атомних електростанціях і об'єктах, які використовують у ви­робництві радіоактивні речовини. Використання ядерної енергії сьогодні є необхідною умовою науково-технічного прогресу, звичайно, за винятком створення ядерної зброї.

Нині у світі експлуатується близько 450 ядерних енергетичних реакторів загальною потужністю близько 350 ГВт, на яких виробляється понад 20 % усієї електроенергії. За період їх роботи зафіксовано більше 150 значних аварій з радіоактивним забрудненням середовища.

Питання радіаційної безпеки в Україні стоять значно гостріше, ніж у інших країнах світу. Адже наслідки Чорнобильської аварії будуть даватися взнаки ще довгі і довгі роки, крім того не вирішені питання про подальше існування Чорнобильської станції, що містить величезну кількість радіонуклідів, питання утилізації та зберігання радіоактивних відходів, що утворюються на інших атомних станціях та підприємствах України.

В Україні діють чотири атомні електростанції з 13-ма енергетичними блоками, недіюча Чорнобильська АЕС, два науково-дослідних ядерних реактори та понад 5 тис. підприємств і організацій, які використовують у виробництві, науково-дослідній роботі та у медичній практиці різноманітні радіоактивні речовини.

Найбільшою за масштабами і наслідками була аварія на Чорнобильській АЕС 26 квітня 1986 р. Середній викид радіоактивних ізотопів на територію колишнього СРСР становив, за різними даними, від 3,5 % до 5 % загальної кількості продуктів ділення, накопичених в четвертому блоці за час його роботи. Згідно з оцінкою МАГАТЕ, без урахування інертних газів, загальна активність викиду становила ЗО -50 млн. Під час аварії і після неї від радіаційного ураження загинуло 29 осіб, які приймали активну участь у ліквідації аварії в перші години, із 30-кілометрової зони евакуйоване 115 тис. осіб. Радіоактивне забруднення охопило значну територію України, Росії, Білорусії, спостерігалося у скандинавських країнах та навіть на Лазурному побережжі Франції.

Близько 80 відсотків території України через високу сейсмічність та несприятливість геологічних умов непридатні для будівництва атомних електростанцій (АЕС) і захоронення радіоактивних відходів. Усі п'ять українських атомних електростанцій розташовані у регіонах, що за сейсмічними характеристиками є не найкращими для таких об'єктів.

Згідно з прогнозами загальні радіаційні аварії на АЕС в Україні у разі руйнування одного реактора з викидом 10% радіоактивних продуктів за межі санітарно-захисних зон станцій можуть створити зони забруднення (з різними рівнями радіації) загальною площею 431 тис. км², на якій знаходяться 5,2 тис. населених пунктів з понад 22,7 млн. осіб.

Найчастіше наслідком техногенних аварій на радіаційно-небезпечних об'єктах є радіоактивне забруднення місцевості, що с аналогічним до наслідків застосування ядерної зброї.