Что из себя представляет радиоактивное излучение (РИ) и какую опастность таит для нашего здоровья

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

• альфа-излучение (поток альфа-частиц (ядер гелия)),

• бета-излучение (поток бета-частиц (электронов)),

• 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.