Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Блок информации к занятию № 11 по ЗЧС



Тема: «Источники ионизирующих излучений»

 

Все живые существа, населяющие нашу планету, постоянно подвергаются воздействию ионизирующей радиации путем внешнего и внутреннего облучения от естественных (космическое излучение и природные радиоактивные вещества) и искусственных (отходы атомной промышленности, радиоактивные изотопы, используемые в биологии, медицине, сельском хозяйстве и др.) источников ионизирующих излучений. Т.е. развитие жизни на Земле происходило и происходит в присутствии радиационного фона.

Под радиационным фономпринято понимать ионизирующие излучения от природных (естественных) источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека. Радиационный фон обусловлен факторами окружающей среды и не включает облучение лиц, которые работают с источниками ионизирующего излучения, а также излучение, применяемое с Различают естественный радиационный фон, искусственный радиационный фон, технологически измененный (повышенный) радиационный фон. диагностическими и лечебными целями.

Все источники радиационного фона делятся на две основные группы: естественные и искусственные.

Естественный радиационный фон (ЕРФ) является основным компонентом радиационного фона. Источниками ЕРФ являются ионизирующие излучения, которые действуют на человека на поверхности Земли от внешних естественных источников неземного происхождения (космических излучений), внешних естественных источников земного происхождения (присутствующих в земной коре, воде, воздухе), а также от внутренних источников (т.е. радионуклидов естественного происхождения, которые содержатся в организме человека). Большинство естественных источников такое, что избежать облучения от них совсем невозможно. От естественных источников радиации мы получаем 78% облучения.

Естественный радиационный фон является неотъемлемым фактором внешней среды и играет значительную роль в жизнедеятельности человека. Естественные радиоактивные элементы вошли в состав Земли с самого ее образования. Эволюционное развитие показывает, что в условиях естественного радиационного фона обеспечиваются оптимальные условия для жизнедеятельности растений, животных и человека. Способность радиоактивного излучения вызывать мутации послужила, наверное, одной из главных причин эволюции биологических видов в сторону повышения их организации.



Естественный радиационный фон на поверхности Земли не является строго постоянной величиной. Его изменения связаны как с глобальными, так и с локальными аномалиями. Они обусловлены циклическими колебаниями космического фона и аналогичных процессов, которые приобрели характер глобальных катастроф.

Локальные аномалии наблюдаются в отдельных районах Индии, Бразилии, Ирана, Египта, а также на территории США, Франции, стран СНГ (в том числе на Украине). Они являются следствием геологических процессов, когда в результате интенсивной вулканической деятельности и горообразования тяжелые естественные радионуклиды, прежде всего уран и торий, а также продукты их распада переместились из недр на поверхность Земли. Поэтому одни из жителей Земли получают более значительные дозы, чем другие, в зависимости от того, где они живут. Там, где залегают радиоактивные породы, уровень радиации (радиационный фон) значительно выше средних величин, в других местах может быть соответственно ниже средних величин. В Белоруссии средняя эквивалентная доза облучения от естественных источников составляет 2,4 мЗв/год. В некоторых районах Бразилии эта доза достигает 10мЗв в год, а в штате Кералла (Индия) даже до 28 мЗв/год. Доза облучения зависит также от образа жизни людей.

Основной из составляющих естественного радиационного фона является космическое излучение, которое представляет собой ионизирующее излучение, непрерывно падающее на поверхность Земли из мирового пространства и образующееся в земной атмосфере в результате взаимодействия излучения с атомами воздуха.

Различают первичное и вторичное космическое излучение. Первичное космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц, которые приходят на земную поверхность из разных областей всемирного пространства. Оно образуется вследствие извержения и испарения материи с поверхности звезд и туманностей космического пространства. Оно состоит из протонов (92%), альфа-частиц (7%), ядер атомов лития, бериллия, бора, углерода, азота, кислорода и др. (1%). Первичное космическое излучение отличается большой проникающей способностью. Космические излучения подразделяются по происхождению на: внегалактические, галактические и солнечные.



Большая часть первичного космического излучения возникает в пределах нашей Галактики, энергия их чрезвычайно высокая – до 1019 эВ. Солнечное излучение возникает в основном при вспышках на Солнце, которые происходят с характерным 11-летним циклом. Энергия их не превышает 40 МэВ. Оно не приводит к заметному увеличению дозы излучения на поверхности Земли. Каждая вспышка на Солнце влияет на человека, нервные окончания реагируют даже на ничтожные энергии, причем колебания магнитного поля очень сильно действуют на больных. Средняя энергия космических лучей 1010 эВ, поэтому они губительны для всего живого. Атмосфера служит своеобразным щитом, предохраняющим биологические объекты от воздействия космических частиц, поэтому лишь немногие частицы достигают поверхности Земли.

Первичные космические лучи, врываясь в атмосферу, постепенно теряют свою энергию, растрачивая ее на многочисленные столкновения с ядрами атомов воздуха. Получаемые осколки, приобретая часть энергии первичной частицы, сами становятся факторами ионизации, разрушают и ионизируют другие атомы газов воздуха, т.е. превращаются в частицы вторичного космического излучения.

При взаимодействии космических частиц с атомами элементов, находящихся в атмосфере возникает вторичное космическое излучение. Оно состоит из мезонов, электронов, позитронов, протонов, нейтронов, гамма- квантов, т.е. из практически всех известных в настоящее время частиц.

Вторичное космическое излучение возникает в результате электронно-фотонных и электронно-ядерных взаимодействий. Интенсивность космического излучения зависит от географической широты и высоты над уровнем моря. Так как космические лучи в основном являются заряженными частицами, то они в районе над экватором отклоняются в магнитном поле и собираются в виде воронок в районах полюсов. В приполярных областях поверхности Земли достигают и частицы со сравнительно невысокой энергией (не нужно преодолевать магнитное поле), поэтому интенсивность космических излучений на полюсах возрастает за счет этих лучей. В экваториальной области поверхности достигают лишь частицы, которые обладают максимальными энергиями, способными преодолеть отклоняющее влияние магнитного поля. Средняя мощность дозы космического излучения жителей Земли приблизительно равна 0,3 мЗв/год, а на уровне Лондон-Москва-Нью-Йорк достигает 0,5 мЗв/год.

Вокруг Земли есть области (слои), в которых магнитное поле задерживает огромное количество заряженных частиц и заставляет их двигаться взад и вперед от полюса к полюсу в разных направлениях по замкнутым траекториям. Это так называемые радиационные пояса, или пояса Ван-Аллена. Различают два пояса: внешний и внутренний. Внутренний имеет максимальную плотность частиц (преимущественно протонов) над экватором на высоте около 3500 км, внешний слой – электронный – на высоте около 22000 км. Радиационные пояса Земли – источник радиационной опасности при космических полетах.

Мощность космического излучения зависит также и от высоты над уровнем моря. На больших высотах она выше по причине разряжения атмосферы (воздух играет роль защитного экрана). Обитаемые области Земли, расположенные на высоте 4500 м, испытывают дозу космического излучения до 3мЗв/год, а на вершине Эвереста (8848м над уровнем моря) доза составляет 8мЗв/год.

Вторым источником естественного радиационного фона являются радионуклиды земного происхождения. В земной коре рассеяны долгоживущие (с периодом полураспада в миллиарды лет) изотопы, которые не успели распасться за время существования нашей планеты. Они образовались, наверное, одновременно с образованием планет Солнечной системы (относительно короткоживущие изотопы распались полностью). Эти изотопы называются естественными радиоактивными веществами, это значит такими, которые образовались и постоянно вновь образовываются без участия человека. Распадаясь, они образуют промежуточные, также радиоактивные, изотопы.

Внешними источниками излучений являются более 60 естественных радионуклидов, находящихся в биосфере Земли. Естественные радиоактивные элементы содержатся в относительно небольшом количестве во всех оболочках и ядре Земли. Особое значение для человека имеют радиоактивные элементы биосферы, т.е. той части оболочки Земли (лито-, гидро- и атмосфере), где находятся микроорганизмы, растения, животные и человек.

В течение миллиардов лет шел постоянный процесс радиоактивного распада нестабильных ядер атомов. В результате этого общая радиоактивность вещества Земли, горных пород постепенно снижалась. Относительно короткоживущие изотопы распались полностью. Сохранились главным образом элементы с полураспадом, измеряемым миллиардами лет, а также относительно короткоживущие вторичные продукты радиоактивного распада, образующиеся последовательные цепочки преобразований, так называемые семейства радиоактивных элементов. В земной коре естественные радионуклиды могут быть более или менее равномерно рассеяны или сконцентрированы в виде месторождений.

Все естественные радионуклиды в зависимости от их происхождения можно разделить на 2 категории: радионуклиды земного происхождения и космогенные радионуклиды.Радионуклиды земного происхождения в свою очередь делятся на 2 группы.

К первой группе относятся элементы, образующие три радиоактивные семейства – урана, тория, актиноурана и продукты их распада. К ним относятся 32 радионуклида урана-радиевого и ториевого рядов.

Наиболее распространены в земной коре уран и торий. Природный уран, рассеянный в горных породах, относительно редко образует крупные месторождения, но общее его количество на Земле значительно большее, чем серебра или ртути. Природный уран представляет собой смесь трех изотопов: урана-238 (99,28%), урана-235 (0,71%) и урана-233 (0,006%).

Ко второй группе естественных радионуклидов земного происхождения принадлежат радионуклиды, не входящие в радиоактивные семейства (11 долгоживущих радионуклидов: калий-40 с периодом полураспада 1,31х10-9лет, кальций-48 – 2х1016 лет, рубидий-87 – 6,15х1010 лет и др.). Калий является очень распространенным в литосфере (земной коре толщиной 15-70 км) и биосфере. Является типичным биологическим элементом. Природный калий состоит их трех изотопов (39К, 40К, 41К), из которых только калий-40 – радиоактивен.). Калий-40 вносит значительный вклад в радиационный фон. Эквивалентная доза за счет калия-40 составляет 0,3 мЗв/год (за счет внешнего облучения – 0,12 мЗв/год, внутреннего – 0,18 мЗв/год).

Космогенные радионуклиды – образуются в результате ядерных реакций протонов и нейтронов, входящих в состав первичного и вторичного космического излучения, с ядрами элементов воздуха (N, O, Ar и др.). К космогенным радионуклидам относятся 14 изотопов – тритий, дейтерий, берилий-7, углерод-14, углерод-13, натрий-22, фосфор-32, фосфор-33,хлор-35 и др.

Полученные углерод-14 и тритий являются космогенными радионуклидами, поступая в организм, они являются источниками внутреннего облучения. Берилий-7, натрий-22,24 относятся к источникам внешнего облучения.

Биологические эффекты действия радиации на животный мир изучены недостаточно. Известно, что очень высокие дозы приводят к гибели млекопитающих, меньшие – к заболеваниям, генетическим изменениям, половым расстройствам, неспособности к воспроизведению, выкидышам. Биологические эффекты, происходящие в клетках подразделяются на 2 группы: стохастические и нестохастические.

Стохастические эффекты признаются беспороговыми и могут наблюдаться в клетках животных после минимальных доз облучения. К ним относятся: 1) репродуктивная гибель клетки;2) возникновение генных мутаций; 3) появление хромосомных аберраций; 4) злокачественная трансформация клетки.

Нестохастические эффекты имеют пороговую дозу, ниже которой изменения отсутствуют. К нестохастическим реакциям относятся: 1) радиационная задержка и стимуляция деления клеток; 2) угнетение синтеза ряда веществ; 3) пострадиационное разрушение ДНК; 4) изменение проникаемости биологических мембран; 5) нарушение обмена кальция и функционирования ферментативных систем. При действии радиационных излучений наблюдаются радиационные эффекты в тканях и органах животных. Прежде всего, наблюдается патология кроветворения и связанная с ней депрессия клеточных элементов крови (эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов). Эти изменения характерны для клинического синдрома острой лучевой болезни. Под действием излучений меняется весь комплекс защитных механизмов и реакций организма (клеточных и гуморальных факторов иммунитета).

Человек подвергается облучению двумя способами:

Внешнее облучение– облучение от источников радиоактивного излучения, находящегося вне организма. Оно может производиться всеми видами излучения, но практическое значение имеют лишь гамма- и рентгеновское излучение, быстрые и медленные нейтроны, бета- излучение. Альфа- излучение ввиду ничтожной проникающей способности практического значения не имеют.

Внутреннее облучение – облучение организма, происходящее от источника радиоактивного облучения (радиоактивного вещества), находящегося внутри организма. Оно продолжается непрерывно до тех пор, пока находящееся в организме радиоактивное вещество не распадется или же не будет выведено из организма. Внутреннее облучение в значительной степени зависит от распределения радиоактивного вещества в организме, от характера излучения (L-, β-, γ - излучателя), энергии излучения, периода полураспада и периода полувыведения.

Радиоактивные вещества, прежде чем попасть в организм человека, проходят по сложным маршрутам в окружающей среде. Изотопы химического элемента, стабильные они или радиоактивные, в природе ведут себя одинаково. Источниками поступления искусственных радионуклидов в окружающую среду в 50-60 годы прошлого столетия явились ядерные испытания в атмосфере, а с 70-х годов – работа предприятий ядерного топливного цикла (особенно неаварийные и аварийные выбросы в атмосферу радионуклидов атомных электростанций).

Радиоактивные вещества, если они заброшены в верхние слои атмосферы (стратосферу), многократно огибают землю, постепенно концентрируясь между тридцатым и пятидесятым градусами широты в северном и южном полушариях, независимо от географического положения места их истечения. Чем выше заброшены радионуклиды, тем дольше они находятся в атмосфере – один-два года и более. Большинство радионуклидов поступает в нижние слои атмосферы (тропосферу), находясь там, в аэрозольном и газообразном состоянии.

Оседание радионуклидов на растительный покров происходит и без осадков, в результате турбулентного движения воздушных потоков в атмосфере. Возможно поступление радионуклидов в почву после их сброса в гидрографическую сеть с паводковыми водами, при орошении полей и т.д.

Оседая на земную поверхность – почвенно-растительный покров, радиоактивные изотопы (как естественные, так и искусственные) включаются в биологический круговорот в системе почва–растения–животные–человек.

Таким образом, почвенная оболочка биосферы – литосфера, - является одним из основных компонентов в природе, где происходит локализация как естественных, так и искусственных радионуклидов, которые сбрасываются в окружающую среду вследствие техногенной деятельности человека. Попадая в почву радионуклиды мигрируют в ней. Под миграцией радионуклидов в почве понимается совокупность процессов, приводящих к перемещению радионуклидов в почве и перераспределению их по глубине и в горизонтальном направлении.

Миграция радиоактивных веществ при их попадании в почву зависит от ряда условий: физико-химических свойств изотопов; физико-химических свойств почвы (типа почвы); характера движения грунтовых вод; кислотности среды; климатических условий; времени нахождения радионуклидов в почве и т.д.

Различные почвы обладают разной емкостью поглощения радионуклидов. Высокой емкостью поглощения обладают черноземы, глинистые почвы, сорбционная способность которых обусловлена наличием гумуса. Поглотительная способность дерново-подзолистых, песчаных почв значительно меньшая. Миграция радионуклидов вглубь почвы протекает крайне медленно. Основная масса радионуклидов до сих пор распределена в 10 сантиметровом слое почвы, а на пашне – в пахотном горизонте. В ближайшие 20-25 лет самоочищения почв в результате миграции радионуклидов в нижележащие горизонты не произойдет.

В растительные организмы радионуклиды попадают во время атмосферных осадков, при фотосинтезе. В общем цикле круговорота радионуклидов в наземной среде важным является звено почва – растения. В результате загрязнения почвы радиоактивными веществами отмечается их поступление в наземную растительность. Для оценки поступления радионуклидов из почвы в растения используют различные показатели. Одним из наиболее широко применяемых является коэффициент накопления (КН) – отношение содержания радионуклида в единице массы растений и почвы соответственно. Для большого числа радионуклидов КН<1. Накопление радионуклидов растениями из почвы зависит от комплекса факторов: физико-химических свойств радионуклидов; агрохимической характеристики почвы; биологических особенностей растений; агротехники возделывания культур; климатических условий.

Относительное накопление растениями различных изотопов из почв следующее: стронций > йод > барий > цезий > рубидий > церий > цирконий > плутоний. При одинаковой плотности загрязнения почвы стронцием и цезием, концентрация стронция в грубых кормах в 40-50 раз выше, чем цезия.

Повышенное содержание стронция и цезия характерно для ароматической столовой зелени: в укропе, петрушке, шпинате, и особенно в щавеле. Лук, капуста, свекла накапливают радионуклидов меньше, чем огурцы, томаты, морковь.

Загрязнение рек, озер и других водоемов происходит в результате оседания радионуклидов на их поверхности из атмосферы, а также путем смыва их дождевыми водами с загрязненных участков почвенно-растительного покрова. Будучи хорошо растворимыми в воде, некоторые радиоактивные вещества (стронций-90, цезий-137 и др.) могут накапливаться в водоемах.

У рыб основным путем поступления радионуклидов является поступление через органы пищеварения. Поэтому в данном случае существенное значение имеют уровни загрязнения низших организмов, являющихся кормом для рыб. Радиоактивные изотопы проникают в организм рыб также через жабры. Время предельного накопления радиоизотопов в теле рыб колеблется от 10 до 120 дней. У хищных рыб накапливается радионуклидов меньше, чем у планктонофагах. В порядке убывания содержания радионуклидов в тканях рыб их можно распределить следующим образом: судак > щука > окунь > плотва > лещ > карп.

При снижении удельной активности воды имеет место выведение накопленных радионуклидов из организма гидробионтов. В среднем на протяжении 10 дней нахождения в чистой воде планктон и водоросли теряют 95-97% от общего количества накопленных радионуклидов. Выведение радионуклидов из тканей рыб происходит с меньшей скоростью. Так, стронций-90 даже через 3 месяца пребывания рыбы в чистой воде находится в ее мышцах до 10% накопленного количества, а в костях – до 50% первоначального уровня.

В формировании фонового облучения существенную роль отыгрывают искусственные источники радиации. Явление искусственной радиоактивности открыто в 1934г супругами Жолио-Кюри, которые показали, что при бомбардировке альфа- частицами ядер легких элементов образуются другие элементы, являющиеся радиоактивными

Таким образом, искусственные радионуклиды появились в связи с деятельностью человека. Они подразделяются на три группы:

1. Радиоактивные продукты ядерного деления. Они возникают при реакциях деления ядер 235U, 238 U, 239Pu и т. д., которые происходят в результате действия на них нейтронов. Источники этой группы радионуклидов в атмосфере – испытания ядерного оружия, работа предприятий ядерного топливного цикла и атомной промышленности (ядерно–энергетические установки, радиохимические заводы и т. д.). При ядерных взрывах образуется около 250 изотопов 35 элементов. К радиоактивным продуктам деления (РПД): относятся: 131J, 137Cs, 90Sr, 140 Ba, 133Xe и многие другие. Период полураспада РПД от нескольких секунд до нескольких десятков лет.

Большинство образующихся радионуклидов являются бета- и гамма–излучателями (131J, 137Cs, 140Ba), остальные испускают или только бета-частицы (90 Sr, 135Cs) или альфа-частицы (144Nd, 147Sm).

2. Радиоактивные трансурановые элементы, возникающие в ядерно-энергетических установках и при ядерных взрывах в результате последовательных ядерных реакций с ядрами атомов делящегося вещества и последующего радиоактивного распада образующихся сверхтяжелых ядер. К этим радионуклидам относятся 237Np, 239Pu, 241Am, 242Cm и др. В основном они альфа- активны, характеризуются очень большим периодом полураспада, отсутствием стабильных изотопов.

3. Продукты наведенной радиоактивности, образующиеся в результате ядерных реакций элементарных частиц. Нейтроны, образующиеся при цепной реакции деления урана или плутония воздействуют на ядра стабильных элементов окружающей среды, превращая их в радиоактивные (реакция активации). К этим радионуклидам относятся: 45Ca, 24Na, 27Mg, 29Al, 31Si, 65Zn, 54Fe и др. Большая часть их распадается с испусканием бета- частиц и гамма- излучения.

К антропогенным источникам ионизирующего излучения относят:

- тепловые электростанции;

- склады минеральных (фосфорных) удобрений, имею­щих повышенное содержание радионуклидов урано­вого и ториевого рядов;

- часы, компасы со светящимся циферблатом;

- телефонные диски, указатели входа-выхода;

- цветные телевизоры и дисплеи компьютеров;

- установки для снятия статического электричества;

- пожарные дымовые детекторы;

- краски, содержащие повышенное количество урана;

- рентгеновские установки для проверки пассажиров и их багажа в аэропортах;

- установки для контроля качества и структуры сплавов;

- установки для исследования смазочных материалов;

- установки для холодной стерилизации перевязочно­го материала и медицинского инструмента;

- рентгеновские аппараты и установки для диагности­ки заболеваний человека;

- радиоизотопные материалы для исследования в ме­дицине;

- радиационная терапия для лечения онкологических заболеваний;

- установки для облучения автомобильных шин с це­лью увеличения срока их пробега;

- установки для подсчета отдельных видов продукции;

- приборы для поиска полезных ископаемых;

- приборы для измерения износа деталей технических устройств;

- установки для контроля толщины некоторых изде­лий при их производстве;

- приборы для определения толщины покрытий из золота и серебра, наносимые на отдельные изделия;

- приборы для бесконтактного контроля агрессивных сред;

- установки для контроля износа некоторых деталей технических устройств;

- изотопные приспособления в радиолокаторах для обеспечения слепой посадки самолетов и др.

В Республике Беларусь расположено более 1000 объек­тов, на которых применяются радиоактивные вещества в значительных количествах (более 55 тысяч устройств и установок, в том числе более 2000 рентгеновских устано­вок для диагностики), которые приносят пользу людям.

Вместе с тем, на отдельных объектах содержится значи­тельное количество радиоактивных веществ, в том числе и в местах захоронения радиоактивных отходов, которые представляют опасность для большого числа людей в слу­чае аварий и катастроф. Например, в Минской области 2 таких объекта, в Брестской области насчитывает­ся 12 объектов, в Гродненской облас­ти - 8 объектов, в Гомель­ской области — 17 объектов, в Витебской области - 12 объектов, в Могилевской области -14 объектов, из них 11 - в Могилеве и Бобруйске.

В таблице перечислены некоторые искусственные источники ионизирующих излучений, используемые в раз­личных отраслях.

Дозовые нагрузки, которые человек получает от неко­торых источников, представлены в таблице.

Эффективные дозы облучения от различных источников

Вид облучения Доза
Просмотр кинофильма по цветному телевизору на расстоянии от экрана около 2 м 0,01 мкЗв
Ежедневный в течение года трехчасовой просмотр цветных телепрограмм 5-7 мкЗв
Облучение за счет радиоактивных АЭС в районе расположения станции 0,2-1 мкЗв
Облучение за счет дымовых выбросов с естествен­ными радионуклидами ТЭС на угле 2-6 мкЗв
Полет в течение 1 ч на сверхзвуковом самолете (высота полета 18-20 км) 10-30 мкЗв
Полет в течение суток на орбитальном косми­ческом корабле (без вспышек на Солнце) 0,18-0,35 мЗв
Прием радоновой ванны 0,01-1 мЗв
Флюорография 0,1-0,5 мЗв
Рентгеноскопия грудной клетки 0,1-1 мЗв
Рентгенография зубов 0,03-3 мЗв
Рентгенодиагностика при раке легких 0,05 Зв
Рентгеноскопия желудка, кишечника 0,1-0,25 Зв
Лучевая гамма-терапия после операции 0,2-0,5 Зв

На практике большинство людей получает 70-80 % эффективной дозы от природных источников облучения и до 20 % эффективной дозы — от облучения медицински­ми приборами и препаратами

Основными компонентами, составляющими искусственный радиационный фон (ИРФ) являются:

1. Глобальные выпадения искусственных радионуклидов, связанные с испытанием ядерного оружия. США и СССР провели более 400 испытаний ядерных бомб. Это привело к глобальному повышению облучения населения Земли. Большая часть радионуклидов попадает в стратосферу, где они остаются на многие месяцы, и даже годы, медленно опускаясь и рассеиваясь по всей поверхности земного шара. Это приводит к изменению радиационного фона в различных точках земного шара, удаленных на десятки тысяч км от места взрыва. При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радионуклиды деления, неразделившаяся часть ядерного заряда, нейтроны. Образуется также наведенная радиоактивность.

Воздействие на человека радиоактивных выпадений включает бета- и гамма-облучение за счет радионуклидов, присутствующих в приземном воздухе и выпавших на поверхность земли; за счет загрязнения радионуклидами кожных покровов и одежды; за счет внутреннего облучения от попавших в организм радионуклидов с вдыхаемым воздухом, пищей, водой.

2.Загрязнения обусловленные неаварийными выбросами АЭС и радиоактивными отходами и особенно при авариях на АЭС. При работе ядерных реакторов как и при ядерных взрывах образуется большое количество радионуклидов (продукты деления 235U, 234Pu). Основная масса продуктов деления задерживается и остается непосредственно в топливной композиции. Радиоактивные отходы могут быть в виде газов, аэрозолей, жидкостей и в твердом виде. Газоаэрозольный выброс – поступление радиоактивных веществ в вытяжную трубу высотой 100-150 м. Рассеиваясь в атмосфере, они образуют облако выброса. При движении облака в атмосфере происходит облучение людей бета- и гамма-излучением. Аэрозольные частицы, выпадая из облака, оседают на местности и мигрируют в элементах экологических систем. Часть радионуклидов, поступивших с пищей обусловливают внутреннее облучение. Жидкие отходы могут попасть в реки и озера. Для задержки газоаэрозольного выброса АЭС устанавливаются фильтры, используются камеры выдержки, радиохроматографические системы (адсорбция газов на активном угле).

3. При работе предприятий урановой промышленности возможно загрязнение окружающей среды радионуклидами на каждом из этапов производства (добыча, переработка, обогащение урана, приготовление ядерного топлива). Так, на рудниках окружающая среда загрязняется радионуклидами семейства урана-235, в основном радоном и продуктами его распада, находящимися в вентиляционном воздухе. Отвалы бедных руд вблизи обогатительных фабрик также являются источником эмиссии в атмосферу радона и продуктов его распада. При регенерации ядерного топлива на радиохимических заводах в выбросах могут быть 3Н, 14С, 137Сs и др.

4. Использование открытых источников ионизирующих излучений в промышленном производстве, сельском хозяйстве, в научных целях, медицине и т.д. Радиоактивные изотопы широко применяются в промышленности. Например, контроль износа поршневых колец в двигателях внутреннего сгорания осуществляют, облучая кольцо нейтронами, в результате чего оно становится радиоактивным. При работе двигателя частицы материала кольца попадают в смазочное масло. Исследуя уровень радиоактивности масла за определенное время работы двигателя, находят износ кольца. С помощью радиоактивной дефектоскопии устанавливают наличие, место нахождения, форму и размеры внутренних дефектов в материалах и изделиях и т.д.

5. Широкое применение нашли радионуклиды в медицине. С их помощью диагностируют состояние отдельных органов – печени, легких, щитовидной железы и т.д. (32Р, 57Се, 131J, 133Хе и др.). Их используют для диагностики и лечения опухолей. С этой целью в организм вводят 131J, так как обмен веществ в опухоли происходит быстрей, чем в здоровых тканях, радиоизотоп йода быстрее накапливается в опухоли. Исследуя излучения над разными участками тела, находят месторасположения опухоли.

6. Особую роль играет радиационная стерилизация инструментов, одноразовых шприцев, ваты, бинтов и т.д. Нашли применение радионуклиды и в сельском хозяйстве. Облучение семян повышает их всхожесть и урожайность. Применяют излучения и для дезинсекции зерна, консервации сельхозпродуктов. Радиоактивные вещества (их излучения) применяются также в археологии, геологии, геохимии и в др. отраслях.

 

В настоящее время практически в любой отрасли народного хозяйства и науки во все более возрастающих масштабах используются радиоактивные вещества и источники ионизирующих излучений. Особенно высокими темпами развивается ядерная энергетика. Атомная наука и техника таят в себе огромные возможности, но вместе с тем и большую опасность для людей и окружающей среды. Ядерные материалы приходится возить, хранить, перерабатывать, что создает дополнительный риск радиоактивного загрязнения окружающей среды, поражения людей, животных и растительного мира.

Радиационная опасность на АЭС (при аварии на ней) определяется спецификой ее устройства, типом используемого топлива, его количества и особенностями эксплуатации.

Основным принципом работы АЭС является преобразование внутриядерной энергии в тепловую. Основным эле­ментом АЭС, где происходит преобразование энергии, яв­ляется ядерный реактор. В нем в качестве горючего используется уран. Как известно, природный уран пред­ставляет смесь урана-238 - 99,2%, урана-235 - 0,71% иуран-234 - 0,006%.

Известно, что при облучении ядра атома урана нейт­ронами может быть три вида взаимодействия в зависимо­сти от энергии нейтрона, типа ядерного вещества и его массы:

- нейтрон поглощается ядром атома, и оно испускает гамма-квант (если кинетическая энергия нейтрона незначительна);

- нейтрон проскакивает ядро без последствий (если кинетическая энергия нейтрона очень большая);

- нейтрон вызывает деление ядра на два осколка с вы­бросом нескольких нейтронов (обычно 2-3), гамма–квантов, излучений других видов с общей энергией примерно 200 МэВ. Последний случай имеет место, если кинетическая энергия нейтрона, облучающего ядро, занимает промежуточное значение между очень высокой и незначительной энергией нейтрона. Интерес представляет только третий случай, когда энергию деления ядра можно использовать в ядерном ре­акторе. Ядра 238U могут делиться только нейтронами с энергией 1,1 МэВ а ядра 235U могут делиться тепловыми нейтронами. Очевидно, что в ядерном реакторе целесообразно в качестве ядерного горючего использовать 235U.

Факторы опасности ядерных реакторов достаточно многочисленны. Перечислим лишь некоторые из них.

Возможность аварии с разгоном реактора. При этом вследствие сильнейшего тепловыделения может произойти расплавление активной зоны реактора и попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. Если в реакторе имеется вода, то в случае такой аварии она будет разлагаться на водород и кислород, что приведет к взрыву гремучего газа в реакторе и достаточно серьезному разрушению не только реактора, но и всего энергоблока с радиоактивным заражением местности. Аварии с разгоном реактора можно предотвратить, применив специальные технологии конструкции реакторов, систем защиты, подготовки персонала.

Доза облучения людей на ранней фазе протекания аварии формируется за счет гамма- и бета-излучения радиоактивных веществ, содержащихся в облаке, а также вследствие ингаляционного поступления в организм радиоактивных продуктов, содержащихся в облаке. Данная фаза продолжается с момента начала аварии до прекращения выброса продуктов ядерного деления в атмосферу и окончания формирования радиоактивного следа на местности.

Радиоактивные выбросы в окружающую среду. Их количество и характер зависит от конструкции реактора и качества его сборки и эксплуатации. Каждый реактор выбрасывает в окружающую среду целый ряд радионуклидов с разными периодами полураспада. Большинство радионуклидов распадается быстро и поэтому имеет лишь местное значение. Однако некоторые из них живут достаточно долго и могут распространяться по всему земному шару, а определенная часть изотопов остается в окружающей среде практически бесконечно. При этом различные радионуклиды также ведут себя по-разному: одни распространяются в окружающей среде быстро, другие чрезвычайно медленно. Очистные сооружения могут уменьшить их. В последнее время наблюдается тенденция к уменьшению количества выбросов из ядерных реакторов, несмотря на увеличение мощности АЭС. Частично это связано с техническими усовершенствованиями, частично с введением более строгих мер по радиационной защите. В мировом масштабе примерно 10% использованного на АЭС ядерного топлива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного их использования.

Впрочем, у атомной станции, работающей в нормальном режиме, эти выбросы меньше, чем, скажем, у угольной станции, так как в угле тоже содержатся радиоактивные вещества, и при его сгорании они выходят в атмосферу.

Необходимость захоронения отработавшего реактора. На сегодняшний день эта проблема не решена, хотя есть много разработок в этой области, но существующие технологии захоронения, не обеспечивают 100 % гарантию безопасности облучения населения.

Рассмотрим характеристики основных дозообразующих радионуклидов как естественного так и искусственного происхождения, которые рассеяны в биосфере и формируют как естественный так и искусственный радиационный фон.

Уран. Природный уран состоит из смеси трех изотопов: уран-234, уран-235, уран-238. При распаде урана и дочерних радионуклидов испускаются альфа- и бета–излучения, а также гамма–кванты. Проникает уран в организм разными путями, в том числе и через кожу. Растворимые соединения быстро всасываются в кровь и разносятся по органам и тканям, накапливаясь в почках, костях, печени, селезенке. Биологический период полувыведения из легких – 118-150 суток, из скелета – 450 суток.

Торий-232– инертный газ. При превращениях тория и продуктов его распада выделяются альфа- бета- частицы, а также гамма- кванты. В организм поступает через легкие, желудочно-кишечный тракт, кожу. Накапливается в костном мозге, селезенке. Биологический период полувыведения из большинства органов – 700 суток, из скелета – 68 лет.

Радий-226является важнейшим радиоактивным продуктом распада урана-238. Широко применяется в медицине в качестве источника альфа-частиц для лучевой терапии. Поступает в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожу. Большинство поступившего радия депонируется в скелете. Биологический период полувыведения из костей около 17 лет, из легких –180 дней, из других органов выводится в первые двое суток. При попадании в организм человека вызывает повреждение костной ткани, красного костного мозга, что приводит к нарушению гемопоэза, переломам, развитию опухолей.

Радон-222- бесцветный газ без запаха. Период полураспада 3,83 суток. Продукт распада радия-226. Радон – альфа- излучатель. Он образуется в месторождения урана в радиоактивных рудах, содержится в природном газе, грунтовых водах и т.д. Может выходить и по трещинам горных пород, в плоховентилируемых шахтах, рудниках его концентрация может достигать больших величин. Радон встречается во многих строительных материалах. В лечебных целях применяется в виде радоновых ванн при лечении заболеваний суставов, костей, периферической нервной системы, хронических гинекологических заболеваний и др. Применяется также в виде ингаляций, орошений, приема внутрь воды, содержащей радон. В организм поступает в основном через органы дыхания. Период полувыведения из организма в пределах суток.

Калий-40 в свободном виде не встречается, так как очень химически активен. При распаде излучает бета- частицу. Является типичным биологическим элементом. Потребность человека в калии – 2-3мг на кг веса в сутки. Много калия содержится в картофеле, свекле, помидорах. В организме всасывается 100% поступившего калия, распределяется равномерно по всем органам, относительно больше его в печени, селезенке. Период полувыведения около 60 суток.

Йод-131 образуется в реакциях деления урана и плутония, а также при облучении теллура нейтронами. Период полураспада 8,05 дней. Поступает в организм через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт (всасывается 100% поступившего йода), кожу. Накапливается в основном в щитовидной железе, концентрация его в железе в 200 раз выше, чем в других тканях. Период полувыведения из щитовидной железы 138 дней, из других органов 10-15 суток. Из организма беременной женщины йод через плаценту переходит к плоду.

Цезий-137 вносит решающий вклад в суммарную эквивалентную дозу облучения. Цезий – серебристо-белый металл. Является источником бета- и гамма- излучений. До аварии на ЧАЭС основным источником поступления цезия в окружающую среду являлись ядерные взрывы. Большая часть выпавшего цезия находится в форме, которая легко усваивается. В растениях в основном накапливается в соломе и ботве. В кишечнике всасывается 100% поступившего цезия. Накапливается он в основном в мышечной ткани. Период полувыведения из мышц – 140 суток.

Стронций-90 – период полураспада – 28,6 лет (у стронция-89 – 50,5 суток). Стронций-90 –бета-излучатель. Стронций легко усваивается растениями, животными, человеком. Концентратором стронция является – кукуруза, содержание стронция в ней в 5-20 раз больше, чем в почве. В организме человека в зависимости от диеты усваивается в желудочно-кишечном тракте от 5% до 100% поступившего стронция (в среднем 30%). Накапливается в основном в скелете. Максимальная концентрация наблюдается у детей до 1 года. Период полувыведения стронция из мягких тканей составляет до 10 суток, из костей – до 8-10 лет.

Плутоний-239 – является альфа-излучателем. Это серебристо-белый металл. Источником поступления плутония являются ядерные взрывы, а также реакторы АЭС, особенно аварийные выбросы. Поступает в организм через легкие и желудочно-кишечный тракт, причем усваивается из ЖКТ – значительно меньше 1%. Накапливается в легких, печени, костной ткани. Период полувыведения из скелета составляет 100 лет, из печени – 40 лет.

Америций-241 – продукт распада плутония- Накапливается до 99% в поверхностных слоях почвы, 10% америция находится в растворенной форме и легко усваивается растениями. Концентрируется у человека в скелете, печени, почках. Период полувыведения из скелета – до 30 лет, из печени – до 5 лет.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!