В этом разделе мы поговорим о радиоактивном излучении. Вкратце проведем ликбез для тех, кто не знает, что это такое, или просто освежим в памяти весьма подзабытую информацию, а также приведем список материалов, ослабляющих или полностью задерживающих эти излучения, и представим предельно допустимые дозы.
Если у вас нет особого желания более подробно вникать в природу происхождения радиоактивных излучений, то вы можете просто обратить свой взор на выделенный текст. Радиоактивность — это природное явление когда происходит самопроизвольный распад ядер атомов, при котором возникают излучения. Эти излучения имеют большую энергию и способны ионизировать в той или иной степени любое вещество, например:
воздух; воду; металлы; строительные материалы; человеческий организм и т. д. Ионизация вещества всегда сопровождается изменением его основных физико-химических свойств, а для биологической ткани, например, организма человека — нарушением ее жизнедеятельности, что в конечном итоге может привести к тяжелым заболеваниям или даже вызвать гибель организма. Ионизирующая способность радиоактивного излучения зависит от его типа и энергии, а также свойства ионизирующего вещества и оценивается удельной ионизацией, которая измеряется количеством ионов этого вещества, создаваемых излучением на расстоянии в 1 см. Поражение человека радиоактивными излучениями возможно от источников как искусственного, так и естественного происхождения. В настоящее время основными искусственными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:
урановая промышленность, которая занимается добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива;
ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;
радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива;
места переработки и захоронения радиоактивных отходов из-за случайных аварий, связанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;
использование радионуклидов в народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве и других отраслях;
ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков). Естественные источники излучения, производящие этот фон, разделяют на две категории: внешнего и внутреннего облучения.
Внешнее облучение создается радиоактивными веществами, находящимися вне организма, к которым можно отнести космические излучения, солнечную радиацию, излучения от различных радиоактивных горных пород земной коры и т.д.
Внутреннее облучение создается радиоактивными веществами, попавшими внутрь организма с воздухом, например радиоактивный газ Радон, который прорывается на поверхность из глубины земных недр, а также с водой и пищей - когда загрязнение сельхозяйственной продукции и других продуктов питания происходит при выпадении радиоактивных осадков в некоторых районах Земли. Радон – тяжелый газ без вкуса, запаха и, при этом, невидимый. Радон высвобождается из земной коры повсеместно, но его концентрация в наружном воздухе существенно различается в разных точках земного шара. Как не парадоксально это может показаться на первый взгляд, но основное излучение от радона. человек получает, находясь в закрытом, непроветриваемом помещении. Радон концентрируется внутри помещений лишь тогда, когда они в достаточной мере изолированы от внешней среды. Просачиваясь через фундамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из стройматериалов, радон накапливается в помещении. Герметизация помещений с целью утепления только усугубляет ситуацию, поскольку при этом еще более затрудняет вывод радиоактивного газа наружу. Самые распространенные стройматериалы – дерево, кирпич и бетон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит, пемза, изделия из глиноземного сырья и фосфогипса. Еще один, как правило, 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 глубоких колодцев или артезианских скважин содержит очень много радона. Однако основная опасность исходит вовсе не от питья воды даже при высоком содержании в ней радона. Обычно люди потребляют большую часть воды в составе пищи и в виде горячих напитков, а при кипячении воды или приготовлении горячих блюд радон почти полностью улетучивается. Наибольшую опасность представляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате или в парилке (парной бани или сауны). Также концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты и другие нагревательные газовые приборы не снабжены вытяжкой. При наличии же вытяжки, которая сообщается с наружным воздухом, концентрации радона в этих случаях не происходит.
При внешнем облучении наиболее опасны излучения, имеющие высокую проникающую способность.
При внутреннем облучении наиболее опасны излучения, имеющие высокую ионизирующую способность. Считается, что внешнее облучение менее опасно, так как от него нас защищают стены помещений, одежда, кожный покров, специальные средства защиты и др. Внутреннее же облучение воздействует на незащищенные ткани и органы, т.е. системы организма человека, причем на молекулярно - клеточном уровне. Поэтому внутреннее облучение воздействует на организм больше, чем такое же внешнее. Из всех возможных ионизирующих излучений самыми распространенными и оказывающими наибольшее воздействие на живой организм являются следующие типы излучения: Группа корпускулярных излучений
нейтронное излучение (поток нейтронов). Группа волновых излучений
гамма-излучение (поток гамма-квантов (фотонов)),
рентгеновские излучения (икс-лучи). Корпускулярные излучения представляют собой потоки невидимых элементарных частиц, имеющих массу и диаметр. Волновые излучения имеют квантовую природу. Это электромагнитные волны в сверхкоротковолновом диапазоне.
Насколько опасны радиоактивные излучения?
Альфа-излучение
Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна (длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра).
Защита организма от радиоактивного альфа-излучения
Полностью задерживается листом плотной бумаги.
Не менее надежной защитой от альфа-частиц является одежда человека. Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.
Бета-излучение
Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см.
Защита организма от радиоактивного бета-излучения
Бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров.
Одежда поглощает до 50 % бета-частиц. При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц, поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. Нейтронное излучение
Нейтронное излучение — представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении.
Защита организма от нейтронного излучения
Лучшими защитными материалами от нейтронного излучения являются легкие водородсодержащие материалы:
Обычная полиэтиленовая пленка;
Парафин;
Вода и др. Гамма-излучение
Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны менее 2x10~8 см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц. Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.
Защита организма от радиоактивного гамма-излучения
Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной:
Воды — 23 см;
Стали — около 3 см;
бетона — 10 см;
дерева — 30 см.
Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец.
Рентгеновские излучения
Рентгеновские излучения (икс-лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов. Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов, соответственно, несколько ниже их проникающая способность. Однако это второстепенные различия. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.
Защита организма от рентгеновского излучения
Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей так же являются тяжелые металлы и в частности свинец. Важно:
Повреждений, вызванных в живом организме ионизирующим излучением, будет тем больше, чем больше энергии оно передает тканям.
Дозы облучения
Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого организма, называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в Грэях (Гр).
1 Гр = 1 Джоуль / кг.
Эта величина не учитывает эффективности воздействия определенного вида излучения на организм, поэтому на практике используется эквивалентная доза, равная поглощенной дозе, умноженной на коэффициент качества излучения. Например, для гамма-излучения коэффициент качества порядка единицы, а для альфа-излучения он в 20 раз больше, т.е. альфа-излучение в 20 раз опаснее гамма-излучения.
В системе СИ эквивалентная доза измеряется в Зивертах (Зв, Sv)
1 Зв = 1 Гр x K
K - коэффициент качества излучения.
Для характеристики уровня гамма-излучения применяется также понятие экспозиционной дозы, оцениваемой по эффекту ионизации сухого атмосферного воздуха.
Единицей измерения экспозиционной дозы является Рентген.
1 Р = 0,01 Зв.
Доза - характеристика интегрального воздействия излучения. Для оценки скорости накопления дозы используется понятие мощности дозы, т.е. количества энергии, поглощенной в единицу времени. Приведем некоторые полезные сведения:
Мощность эквивалентной дозы естественного фона - 0,15 мкЗв/час или 15 мкР / час.
В зависимости от местных условий может меняться в 2 раза. Не трудно убедиться, что годовая доза от естественного фона составит 1 - 2 мЗв или 100 - 200 мР.
Установленное нормами предельное значение годовой дозы - 5 мЗв или 0,5 Р.
Предельные значения установлены для тех местностей или условий, где результаты деятельности человека приводят к увеличению интенсивности радиационного излучения. Как видно, имеется 2 - 4-х кратный запас относительно естественного фона. С другой стороны, по данным Научного комитета по действию атомной радиации - Международной организации, созданной под эгидой ООН в 1955 г., вклад в годовую эквивалентную дозу от искусственных источников радиации составляет примерно 20%. Из них:
Рентгеновские установки, использующиеся для диагностических целей в медицине 20%
Ядерные взрывы в атмосфере 1%
Атомная энергетика < 0,1% Выводы:
Радиация является одним из самых опасных для человека физических процессов, неконтролируемое воздействие которого может привести к фатальным последствиям.
Особенно опасным для подвальных и цокольных помещений, а также для нижних этажей домов и сооружений, является радиоактивный газ радон. Поднимаясь по разломам земной коры, он попадает в подвалы и полуподвалы, и по вентиляционным шахтам и лестничным клеткам с потоками воздуха устремляется на верхние этажи.
