Прочтение излучений. Защита от опасных радиационных излучений. Л. О. Мырова, П. Н. Пименов (№2, 2016)

Л.О.Мырова,

начальник отдела обеспечения научных исследований ОАО МНИРТИ» (ОАО «Московский ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский радиотехнический институт»)

E-mail: lmyrova@rambler.ru

П.Н. Пименов, ведущий инженер ОАО «МНИРТИ»

E-mail: p.pimenov@mnirti.ru

 

Реферат

В работе приводятся систематизированные результаты анализа различных источников радиации и электромагнитных излучений. Показаны их опасность для человека и рекомендации по защите от этих излучений.

Ключевые слова: радиационное излучение, воздействующий уровень, ионизирующее излучение, источники радиации, оценка радиационного риска.

 

Protecting people from dangerous radiation

 

L. O. Myrova

Head of providing research department, OJSC «Moscow the Red

Banner Radio Engineering Research Institute»

P. N. Pimenov

 Leading engineer of MNIRTI

Abstract

The paper presents the results of systematic analysis of the various sources of radiation and electromagnetic radiation. Shown their danger to human and given recommendations on protection from these radiations.

Keywords: radiation emissions, affecting the level of ionizing radiation, radiation sources, radiation risk assessment

 

Актуальность. Проблема защиты человечества от опасных радиационных в частности, ионизирующих излучений (ИИ) и электромагнитных излучений (ЭМИ) в настоящее время приобретает все более важное значение, т.к. число этих источников растет, пропорционально растет и число тех людей, у которых появились проблемы со здоровьем, связанные с этими воздействиями. Вот почему эта проблема привела к необходимости постановки и решения одной из актуальных проблем - защиты человечества от этих излучений. Появился даже термин «радиационное и электромагнитное загрязнение», который сейчас применяют многие специалисты, считая его своевременным и точно отражающим радиационную и электромагнитную обстановку. Эти загрязнения переходят в разряд глобальных проблем, стоящих перед человечеством.

      В данной работе кратко рассматривается проблема, которая занимает практически всех: это воздействующие уровни, опасность их для населения и методы защиты от этих воздействий.

     Основная цель статьи состоит в том, чтобы результаты исследований воздействия этих излучений стали известны широкой аудитории для объективной оценки их опасности  и принятия соответствующих мер.

Радиация действительно смертельно опасна. При больших дозах она вызывает серьезнейшие поражения тканей, а при малых - может вызвать рак и индуцировать генетические дефекты, которые, возмож­но, проявятся у детей и внуков, подвергшегося облучению, или у его более отдаленных потомков.

       Но для основной массы населения самые опасные источники радиации – это вовсе не те, о которых больше всего говорят. Наибольшую дозу человек по­лучает от естественных источников ра­диации. Так, например, радиация, связанная с развитием атомной энергетики, составляет лишь малую долю радиации, порождаемой деятельностью человека; значительно большие дозы мы получаем от других форм этой деятельности, вызывающих гораздо меньше нареканий, например от применения рентгеновских лучей в ме­дицине, или таких форм повсед­невной деятельности, как сжигание угля и использование воздушного транспорта, в особенности же постоянного пребывания в хорошо герметизированных помещениях. Все это может привести к значительному увели­чению уровня облучения за счет ес­тественной радиации. Вот  где кроются наибольшие ре­зервы уменьшения радиационного об­лучения населения.

       Поэтому необходимо сформулировать главные принципы радиационной безопасности, основой которой является гигиеническая регламентация радиационных излучений и проведение санитарного надзора за источниками излуче-ний.  Для этого рассмотрим факторы, которые желательно знать каждому.

     Чтобы лучше понять влияние радиации на человека очень кратко рассмотрим природу ионизирующих излучений. Известно, что атом похож на Солнечную систему в миниатюре: вокруг крошечного ядра движутся по орбитам «планеты» – электроны. Ядро, как правило, состоит из нескольких более мелких частиц, которые плотно сцеплены друг с другом .Некоторые из этих частиц имеют положительный заряд и называются протонами. Число протонов в ядре и определяет, к какому химическому эле­менту относится данный атом. В ядре, как правило, присутствуют и частицы другого типа, называемые ней­тронами, поскольку они электрически нейтральны. Атомы, имеющие ядра с одинаковым числом протонов, но различающиеся по числу нейтронов, относятся к разным разновидностям одного и того же химического элемента, называемым изотопами данного элемен­та. Ядра всех изотопов химических элементов образуют группу «нуклидов». Некоторые нуклиды стабильны. Большинство же нуклидов нестабиль­ны, они все время превращаются в дру­гие нуклиды.

Существует много цепочек самопроизвольных превращений (распадов) разных нуклидов. При каждом таком акте распада высвобождается энергия, которая и пере­дается дальше в виде излучения. Можно сказать (хотя это и не совсем строго), что испускание ядром частицы, состоящей из двух протонов и двух нейтронов, – это альфа-излучение: испускание электрона,– это бета-излучение. Часто нестабильный нуклид оказывается настолько возбужден­ным, что испускание частицы не приводит к полному снятию возбуждения; тогда он выбрасывает порцию чистой энергии, называемую гамма-излучением (гамма-квантом). Весь процесс самопроизвольного рас­пада нестабильного нуклида называется радиоактивным распадом, а сам такой нуклид – радионуклидом.  Время, за которое распадается в среднем половина всех радионуклидов данного типа в любом радиоактивном источнике, называется периодом полу­распада соответствующего изотопа. Число распадов в секунду в радиоактивном образце называется его активностью. Единицу измерения активности (в системе СИ) назвали беккерелем (Бк) в честь ученого, открывшего явление радио­активности; один беккерель равен  одному  распаду в секунду.

 Как уже было сказано ранее, что разные виды излучений сопровожда­ются высвобождением разного количест­ва энергии и обладают разной проникающей способностью, поэтому они оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма. Аль­фа-излучение задерживается, например, листом бумаги и практически не способно проникнуть через наружный слой кожи, образованный отмершими клетками. Поэтому оно не представляет опасности до тех пор, пока радиоактив­ные вещества, испускающие α-частицы, не попадут внутрь организма через откры­тую рану, с пищей или с вдыхаемым воздухом; тогда они становятся чрезвы­чайно опасными. Бета-излучение облада­ет большей проникающей способностью: оно проходит в ткани организма на глубину один-два сантиметра. Прони­кающая способность гамма-излучения, которое распространяется со скоростью света, очень велика: его может задержать лишь толстая свинцовая или бетонная плита.

Повреждения, вызванные в живом организме излучением, будут тем больше, чем больше энергии оно передаст тканям. Количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями организма), называется поглощенной дозой и измеряется в системе СИ в грэях. Доза умноженная на коэффициент, отражающий способность излучения данного

вида повреждать ткани организма: называют эквивалентной дозой; ее измеряют

в системе СИ в единицах, называемых Зивертами (Зв).

       Следует учитывать также, что одни части тела (органы, ткани) более чувст­вительны, чем другие: например, при одинаковой эквивалентной дозе облуче­ния возникновение рака в легких более вероятно, чем в щитовидной железе, а облучение половых желез особенно опас­но из-за риска генетических поврежде­ний.

Поэтому дозы облучения органов и тканей также следует учитывать с раз­ными коэффициентами. Умно­жив эквивалентные дозы на соответст­вующие коэффициенты и просуммировав по всем органам и тканям, получим эффективную эквивалентную дозу, отра­жающую суммарный эффект облучения для организма; она также измеряется в Зивертах.

Причины опасности радиации для человека следующие:  гамма излучение и рентгеновские лучи передают свою энергию несколькими способами, которые в конечном счете также приводят к электрическим взаимодействиям. В результате его от атома в ткани организма отрываются электроны. Этот процесс называют ионизацией, в результате которой могут образовываться так называемые свободные радикалы. И вот они могут вызывать химическую модификацию важных в биологическом отношении молекул, необходимых для нормального функционирования клетки. Биохимические изменения могут пройти как через несколько секунд, так и через десятилетия после облучения и явиться причиной немедленной гибели клеток или таких изменений в них, которые могут привести к раку.

1. Остановимся сейчас на источниках радиации. Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации из космоса и от радиоактивных веществ, находящихся в земной коре,  и этому облучению подвергается любой житель Земли, однако одни из них получают большие дозы, чем другие. Это зависит от того, где они живут. Уровень радиации в некоторых местах земного шара, там, где залегают особен­но радиоактивные породы, оказывается значительно выше среднего, а в других местах – соответственно ниже. Доза об­лучения зависит также от образа жизни людей. Применение некоторых строитель­ных материалов, использование газа для приготовления пищи, открытых угольных жаровен, герметизация помещений и даже полеты на самолетах – все это увели­чивает уровень облучения за счет естест­венных источников радиации.

Источниками ИИ в околоземном пространстве являются:

- потоки космических лучей,

- радиационные пояса Земли ( искусственные и естественные ), расположенные на расстояниях  от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч километров от поверхности Земли;

-  при полетах к некоторым планетам, например, к Юпитеру, КА может быть подвержен воздействию ИИ радиационных поясов этих планет.

Космические лучи  долго будут оставаться уникальным источником частиц сверхвысоких энергий, т.к. в самых больших современных ускорителях максима-

льная достигнутая энергия пока ещё  достигает 10¹⁴ эВ, против космических, у

которых энергия может достигать до 10²¹ эВ. Нет такого места на Земле, куда бы не падал этот невидимый космический душ. Но одни участки земной поверхности более подвержены его действию, чем другие. Северный и Южный полюсы по­лучают больше радиации, чем эквато­риальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заря­женные частицы (из которых в основном и состоят космические лучи). Существен­нее, однако, то, что уровень облучения растет с высотой, поскольку при этом над нами остается все меньше воздуха, игра­ющего роль защитного экрана

Наибольшую серьезную опасность представляют искусственные радиационные пояса Земли, образующиеся в результате высотных ядерных и термоядерных взрывов. Объем и координаты поясов зависят от места взрыва в пространстве и определяются мощностью боеприпасов. Но в данном докладе мы их не рассматриваем. Это отдельная тема.

Подробнее остановимся на влиянии естественных радиационных поясов Земли, особенно при длительных полётах в околоземном пространстве. Потоки протонов малых энергий могут вывести из строя солнечные батареи и вызвать помутнение тонких оптических покрытий. Длительное пребывание во внутреннем поясе может привести к лучевому поражению живых организмов внутри космического корабля под воздействием протонов высоких энергий.

     В среднем примерно 2/3 эффективной эквивалентной дозы облучения, которую человек получает от естественных источ­ников радиации, поступаю-щие от радио­активных веществ, попавших в организм с пищей, водой и воз-духом. Совсем небольшая часть этой дозы приходится на радиоактивные изотопы типа углерода-14 и трития, которые образуются под воздействием косми­ческой радиации. Все остальное поступает от источников земного происхождения. В среднем человек получает около 180 микрозивертов в год за счет калия-40, который усваивается организмом вместе с нерадиоактивными изотопами калия, необходимыми для жизнедеятельности организма. Однако значительно большую дозу внутреннего облучения человек получает от нуклидов радиоактивного ряда урана-238 и в меньшей степени от радионуклидов ряда тория-232.

     Лишь недавно ученые поняли, что наибо­лее весомым из всех естественных источ­ников радиации является невидимый, не имеющий вкуса и запаха тяжелый газ радон, который в 7,5 раза тяжелее воздуха. Согласно оценке ООН, радон вместе со своими дочерними продуктами радиоактивного распада ответственен при­мерно за 3/4 годовой индивидуальной эффективной эквивалентной дозы облуче­ния, получаемой населением от земных источников радиации, и примерно за половину этой дозы от всех естественных источников радиации. Большую часть этой дозы человек получает от радио­нуклидов, попадающих в его организм вместе с вдыхаемым воздухом, особенно в непроветриваемых помещениях. В зонах с умеренным климатом концентрация радо­на в закрытых помещениях в среднем примерно в 8 раз выше, чем в наружном воздухе.

     Поступая внутрь помещения тем или иным путем (про­сачиваясь через фун-дамент и пол из грунта или, реже, высвобождаясь из материалов, использован-ных в конструк­ции дома), радон накапливается в нем. В результате в помещении могут возникать довольно высокие уровни радиации. Самые распространенные строитель­ные материалы – дерево, кирпич и бе­тон – выделяют относительно немного радона. Гораздо большей удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, используемые в качество строительных материалов, или например фосфогипс обладает го­раздо большей удельной радиоактив­ностью. Среди других промышленных отходов с высокой радиоактивностью, применяв­шихся в строительстве, следует назвать кирпич из красной глины.

       Конечно, радиационный контроль строительных материалов заслуживает самого пристального внимания, однако главный источник радона в закрытых помещениях – это грунт. Концентрация радона в верхних эта­жах многоэтажных домов, как правило, ниже, чем на первом этаже. Особенно эффективное средство уменьшения количества радона, просачивающегося через щели в полу, – вентиляционные установки в подвалах. Кроме того, эмиссия радона из стен уменьшается в 10 раз при облицовке стен пластиковыми материалами или после покрытия стен слоем краски на эпоксидной основе или тремя слоями масляной краски. Даже при оклейке стен обоями скорость эмиссии радона умень­шается примерно на 30%.

Еще один, как правило, менее важный, источник поступления радона в жилые помещения представляют собой вода и природный газ. Концентрация радона в обычно используемой воде чрезвычайно мала, но вода из некоторых источников, особенно из глубоких колод­цев или артезианских скважин, содержит очень много радона, большую опасность представ­ляет попадание паров воды с высоким содержанием радона в легкие вместе с вдыхаемым воздухом, что чаще всего происходит в ванной комнате. При обсле­довании домов оказалось, что в среднем концентрация радона в ванной комнате примерно в три раза выше, чем на кухне, и приблизительно в 40 раз выше, чем в жилых комнатах. Радон проникает также в природный газ под землей. В результате предвари­тельной переработки и  в процессе хране­ния газа перед поступлением его к потребителю большая часть радона уле­тучивается, но концентрация радона в помещении может заметно возрасти, если кухонные плиты, отопительные и другие нагревательные устройства, в которых сжигается газ, не снабжены вытяжкой. При наличии же вытяжки, которая сооб­щается с наружным воздухом, пользова­ние газом практически не влияет на концентрацию радона в помещении.

Рассмотрим источники радиации, созданные человеком

 Одним из опаснейших источников является Ядерные взрывы (ЯВ). За пос-

ледние 40 лет каждый из нас подвергался облучению от радиоактивных осадков, которые образовались в резуль­тате ЯВ. Речь идет не о тех радиоактивных осадках, которые выпали после бомбардировки Хиросимы и На­гасаки в 1945 году, а об осадках, связан­ных с испытанием ядерного оружия в атмосфере. Но в рамках данной статьи мы не будем его рассматривать, так как это отдельная тема, требующая специального обсуждения. Но знать об их существовании надо.

Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, являются атомные электростанции. Хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное об­лучение населения. При нормальной их работе, выбросы ра­диоактивных материалов в окружающую среду очень невелики. Но атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогаще­ния урановой руды. Следующий этап – это производство ядерного топлива. Отрабо­танное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчи­вается цикл, обычно захоронением радиоактивных отходов, что потенциально очень опасно.

Обогатительные же фабрики также создают проблему долго­временного загрязнения: вблизи дейст­вующих обогатительных фабрик в мире уже скопилось более 200 млн.т отходов, и если положение не изменится, к концу века эта величина возрастет до сотен млн.т. Эти отходы будут оставаться радио­активными в течение миллионов лет. Все приведенные цифры, конеч­но, получены в предположении, что ядерные реакторы работают нормально. Однако количество радиоактивных ве­ществ, поступивших в окружающую среду при авариях, может оказаться гораздо больше и с этим мы, к сожалению, сталкиваемся.  Поэтому с этим конечно надо считаться и принимать все необходимые меры по предотвращению таких ситуаций.

Кроме всего этого, в настоящее время основной вклад в дозу, получаемую человеком от техногенных источников радиации, Во многих странах этот источник ответствен практически за всю дозу, получаемую человеком.  Так, широкое распространение получили сложные диагностические методы, опира­ющиеся на использование радиоизотопов, хотя, как ни парадоксально, но одним из основных способов борьбы с раком является лучевая терапия. Наиболее распространенным видом излучения, применяющимся в диагности­ческих целях, являются рентгеновские лучи. Но, введенные во второй половине 70-х годов новые методы рентгенографии привели к существенному снижению уровня облучения по сравне­нию с прежним. Самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагности­ки стала компьютерная томография. Ее применение при обследованиях почек позволило уменьшить дозы облуче­ния кожи в 5 раз, яичников – в 25 раз, семенников – в 50 раз по сравнению с обычными методами.

Что касается профес­сиональных доз, то они почти повсеместно являются самыми большими из всех видов доз. Рабочие, выполняющие разные виды работ, получают неодинаковые дозы. Наиболее велики дозы облуче­ния при ремонтных работах – текущих или незапланированных, на которые прихо­дится 70% коллективной дозы, причем иногда рабочие обя­заны выполнять эту особо опасную работу по контракту. Дозы, которые получают люди, за­нятые научно-исследовательской рабо­той в области ядерной физики и энергети­ки, очень сильно различаются для разных предприятий и разных стран.

Самую большую группу таких работников составляют экипажи самолетов. Та как полеты совершаются на большой высоте, то это приводит к увеличению дозы из-за воздействия кос­мических лучей. Внизу, под землей, повышенные дозы получают шахтеры, добывающие камен­ный уголь, железную руду и т. д. Эти дозы сильно различаются, при различных видах подземных работ.

Бытовые источники облучения Источником облучения являются и многие бытовые предметы, содер­жащие радиоактивные вещества. Едва ли не самым распространенным источником облучения являются часы со светящимся циферблатом. Сейчас в них заменяют радий тритием, что приводят к суще­ственно меньшему облучению. Иногда продаются антистатические щетки для удаления пыли с пластинок и фото принадлежностей, действие которых основано на испускании α-частиц.  При изготовлении особо тонких оптических линз применяется торий, который может привести к существен­ному облучению хрусталика глаза. Для придания блеска искусственным зубам широко используют уран, который может служить источником облучения тканей полости рта. Радиоактивные веще­ства в этих случаях применяют с чисто эстетической целью, поэтому облучение здесь совершенно неоправданно.

 Очень важным моментом является и возможность оценки радиационного риска.  Поскольку имеется недостаточно сведе­ний, приходится оценивать риск появле­ния наследственных дефектов у человека, основываясь на результатах, полученных в многочисленных экспериментах на животных..

Согласно полученным оценкам доза в 1 Гр, полученная при низком уровне радиации только особями мужского пола, индуцирует появление от 1000 до 2000 мутаций, приводящих к серьезным последствиям, и от 30 до 1000 хромосомных аберраций на каждый миллион живых новорожденных. Оценки, полученные для особей женского пола, гораздо менее определенны, но явно ниже; это объясняется тем, что женские половые клетки менее чувствительны к действию радиации. Согласно ориенти­ровочным оценкам, частота мутаций составляет от 0 до 900, а частота хромосомных аберраций – от 0 до 300 случаев на миллион живых новорож­денных. Имеющиеся оценки не более чем первая грубая прикидка. Несмотря на свою приблизительность, эти оценки все же необходимы, поскольку они представляют собой попытку принять в расчет социально значимые ценности при оценке радиационного риска. А это такие ценности, которые все в большей степени влияют на решение вопроса о том, приемлем риск в том или ином случае или нет.

Уважаемые читатели, то, о чем вы узнаете, прочитав эту статью, не только интересно и полезно, но часто даже совершенно необходимо знать абсолютно всем, поскольку речь идет об одной из самых важных сторон безопасного существования человека в условиях опасного радиационного и ЭМ излучения.

 

Литература:

1.Грачев Н.Н. Защита человека от опасных излучений /Грачев Н.Н., Мырова Л.О.// М:Бином лаборатория знаний, 2005.- 317 стр.