Оценка радиоактивности объектов окружающей среды

 

Радиоактивность – самопроизвольное превращение (распад) атомных ядер некоторых химических элементов (урана, тория, радия, ка­лифорния и др.), производящее к изменению их атомного номера и массового числа.

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особенно радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Применение некоторых видов строительных материалов, использование газа для приготовление пищи, открытые угольные шахты, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увеличивает уровень облучения за счет естественных источников радиации. Земные источники радиации в сумме ответственны за большую часть облучения, которому подвергается человек за счет естественной радиации (они обеспечивают более ⁵/₆ годовой эффективной эквивалентной дозы). Основные радиоактивнее изотопы – это ²³⁸U, ²³⁴Th, ²³⁰Th, ²³⁴U, ²²⁶Ra, ²²²Rn, ²¹⁸Po, ²¹⁴Po, ²¹⁰Po, ²¹⁴Pb, ²¹⁰Pb, ²¹⁴Bi, ⁹⁰Sr, ¹³⁷Cs и др.

Излучение также попадает из космоса. Космические лучи приходят в основном из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время солнечных вспышек. Космические лучи могут достигать поверхности Земли или взаимодействовать с ее атмосферой, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов. Северный и Южный полюсы получают больше радиации, чем экваториальные полюсы, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы. Уровень радиации растет с высотой, поскольку над нами остается все меньше воздуха, играющего роль защитного экрана. Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 микрозивертов в год; для людей, живущих выше 2000 м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше.

Наиболее весомым из всех естественных источников радиации является невидимый, не имеющий запаха и вкуса тяжелый газ (в 7,5 раз тяжелее воздуха) радон (²²²Rn и ²²⁰Rn), который со своими дочерними продуктами распада ответственен за ¾ годовой индивидуальной эффективной дозы облучения, получаемой от земных источников радиации. Радон высвобождается из земной коры повсеместно; скорость проникновения исходящего из земли радона в помещения фактически определяется толщиной и целостностью межэтажных перекрытий. Концентрация радона в верхних этажах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Большая часть облучения исходит от дочерних продуктов распада радона, а не от его самого.

Основную часть дозы облучения от радона человек получает, находясь в закрытом, непроветривемом помещении. Самые распространенные строительные материалы – дерево, кирпич и бетон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей радиоактивностью обладают гранит и пемза, используемые в качестве строительных материалов.

Еще один, менее важный источник поступления радона в жилые помещения представляет собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников (глубокие колодцы, артезианские скважины) содержит очень много радона. В результате предварительной переработки и в процессе хранения газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты не снабжены вытяжкой.

К естественным источникам радиации также относятся:

1) добыча угля; концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни раз. В основном уголь содержит меньше радионуклидов, чем земная кора в среднем. Но при сжигании угля большаячасть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Облака взвешенных веществ из труб тепловых электростанций приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли;

2) термальные воды; некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов, которые содержат радон;

3) фосфатные месторождения; большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатные месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры, но радиоактивное загрязнение в этом случае незначительно. Оно возрастает при внесении удобрений в жидком виде, или если минералы, содержащие фосфаты скармливают скоту.

К антропогенным источникам относят:

1) медицинские процедуры и методы мечения (рентгеновские обследования, лучевая терапия, компьютерная томография);

2) испытание ядерного оружия в атмосфере; часть радиоактивного материала выпадает в виде осадков недалеко от места испытаний, другая часть задерживается в тропосфере, подхватывается ветром и перемещается на большие расстояния. Находясь около месяца, радиоактивные вещества во время этих перемещений постепенно выпадают на землю. Однако большая часть материала выбрасывается в стратосферу, где он остается многие месяцы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земли;

3) атомные электростанции (АЭС) в последнее время вносят незначительные вклад в суммарное облучение населения. АЭС являются частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Следующий этап – производство ядерного топлива. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергается вторичной переработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл захоронением радиоактивных отходов. На каждой стадии ядерного топливного цикла в среду попадают радиоактивные изотопы. На АЭС происходят уточки радиоактивного материалы из реакторов. Доза облучения от ядерного реактора зависит от времени и расстояния. Чем дальше человек живет от АЭС, тем меньшую дозу он получит. Радиоактивные вещества распадаются с определенной скоростью, характеризуемой периодом полураспада (Т_1/2), т.е. временем, за которое распадается половина всех атомов. Распад атомов сопровождается излучением разного вида.

a-излучение представляет собой поток положительно заряженных частиц (ядер атомов гелия), движущихся со скоростью около 20000 км/с. Пробег в воздухе таких частиц составляет 7...8 см, в биологических тканях – <0,1 мм. a-излучение имеет мощность 2…8 МэВ.

b-излучение – поток заряженных частиц – электронов (или позит­ронов). Скорость близка скорости света. Энергия – от 2 КэВ до 17 МэВ, пробег в воздухе – несколько метров, в биологических тканях – 1…2 см.

g-излучение – коротковолновое электромагнитное излучение. Энергия излучения – 100…20 МэВ. Пробег в воздухе – до 100 м, в биологической ткани – >20 см.

При ядерных реакциях возможно и нейтронное излучение, представ­ляющее поток нейтронов: быстрые – 0,5...10 МэВ, промежуточные – 0,5 эВ…500 КэВ, медленные – < 1 КэВ, тепловые – < 0,025 эВ.

Излучение, сопровождающее ядерный распад, относят к ионизирующим излучениям, т.к., проходя через различные вещества, излучение способно вызвать ионизацию атомов как при непосредственном соуда­рении, так и опосредованно. Некоторые величины, описывающие ионизирующее излучение и единицы его измерения, представлены в табл. 4.

На практике чаще измеряют не свойства самого радиоактивного об­разца, а результат его воздействия или предполагаемый результат воздействия радиоактивного излучения. Одним из показателей является поглощенная доза, за единицу которой принимают Грей (Гр) – доза излучения 1Дж, поглощенная массой вещества в 1 кг.

Свойство биологической ткани – реагировать на различные вида ионизирующего излучения выражается через определение эквивалентной дозы. В системе СИ за единицу принят зиверт (Зв) – эквивалентная доза любого вида излучения, поглощенная в 1 кг биологической ткани, создающая такой же эффект, как и поглощенная доза фотонного излучения в 1 Гр.

 

Таблица 4