Закриті та відкриті джерела іонізуючого випромінювання

Закритими називаються будь-які джерела іонізуючого випромінювання, устрій яких виключає потрапляння радіоактивних речовин в навколишнє середовище при передбачених умовах їхньої експлуатації і зносу. При роботі з закритими джерелами іонізуючого випромінювання персонал може зазнавати тільки зовнішнього опромінення, тому всі захисні заходи в даному випадку здійснюються з урахуванням цієї обставини. Закриті джерела іонізуючого випромінювання за характером дії можуть бути умовно розділені на дві групи: а) джерела випромінювання безперервної дії; б) джерела, що генерують випромінювання періодично.

До першої групи належать гамма-установки різного призначення, нейтронні, бета- і гамма-випромінювачі; до другої - рентгенівські апарати і прискорювачі заряджених частинок (в останньому випадку, при прискоренні частинок до енергій, що перевищують 10 МеВ, можливе утворення штучних радіоактивних речовин; при цьому виникає потенційна небезпека надходження радіоактивних ізотопів в організм).

Відкритими називаються такі джерела іонізуючого випромінювання здійснюватиме, при використанні яких можливе потрапляння радіоактивних речовин в навколишнє середовище у вигляді газів, аерозолів, а також у вигляді твердих і рідких радіоактивних відходів.

Природні і штучні джерела радіації і їх внесок в
формування сумарної дози опромінення населення.

Всі живі організми на Землі, в тому числі і людина в природному середовищі свого проживання, піддаються дії космічного випромінювання і радіонуклідів, що містяться в навколишньому середовищі. Вся історія виникнення та еволюції людини, яка налічує щонайменше 50 тисяч поколінь, протікає постійно в умовах взаємодії з навколишнім середовищем, одним з численних чинників якої завжди була і є радіація. Тому оцінювати дію малих доз опромінення, порівнянних з рівнями природного радіаційного фону, необхідно з позицій загальних закономірностей розвитку життя на Землі, фундаментальних проблем еволюції. Радіаційний фон Землі складається з трьох компонентів:

1) Випромінювання, від розсіяних в земній корі, грунті, повітрі, воді та інших об'єктах зовнішнього середовища природних радіонуклідів, з яких основний внесок в дозу опромінення людини вносять 40 K, 238 U, 232 Th разом з продуктами розпаду урану і торію. Природний радіаційний фон на поверхні Землі не є строго постійною величиною. Його зміни пов'язані як з глобальними, так і локальними аномаліями. Вони обумовлені циклічними коливаннями космічного фону і геологічних процесів. Локальні аномалії спостерігаються в окремих районах Індії, Бразилії, Ірану, Єгипту, а також на території США, Франції, СНД, в тому числі і України. Вони є наслідком геологічних процесів, коли в результаті інтенсивної вулканічної діяльності і горотворення важкі природні радіонукліди, перш за все уран і торій, і продукти їх розпаду, перемістилися з надр на поверхню Землі.

2) Космічне випромінювання складається з галактичного та сонячного, коливання якого в основному пов'язані з сонячними спалахами. Через порівняно невеликій енергії, останнім мало впливає на дозу радіації біля поверхні Землі, але має важливе значення за межами земної атмосфери. Космічне випромінювання досягає Землі у вигляді протонів і важчих ядерних частинок, що володіють величезною енергією. Частина цієї енергії поглинається при зіткненні з ядрами атмосферного азоту, кисню, аргону, в результаті чого на висотах до 20 км виникає вторинне високоенергетичне випромінювання, що складається з мезонів, нейтронів, протонів, електронів, а також утворюються так звані космогенні радіонукліди, що випадають на поверхню Землі з опадами. До них відносяться вуглець-14, берилій-7, натрій-22 і інші (всього 14 радіонуклідів).

3) Земними джерелами випромінювань є більше 60 природних радіонуклідів, в тому числі 32 радіонукліда урано-радієвого і торієвого сімейства, близько 11 довгоживучих радіонуклідів, що не входять в ці сімейства (калій-40, рубідій-87 і ін.).

Основний внесок в дозу зовнішнього опромінення вносять гамма-випромінюючі нукліди радіоактивних сімейств - свинець -214, вісмут-214, торій-228, актиній-228, а також калій-40, що знаходиться в основному у верхньому шарі грунту. Однак треба враховувати, що людина значну частину часу перебуває в службових або житлових приміщеннях, формування доз опромінення в яких відбувається під впливом двох протилежно діючих факторів. Будинки, з одного боку, екранують, тобто зменшують дози опромінення від зовнішніх джерел випромінювання, з іншого - збільшують їх за рахунок радіонуклідів, що містяться в будівельних матеріалах, з яких побудовано будівлю, в тому числі, примножуючи дози внутрішнього опромінення, в основному у зв'язку з вдиханням радону. Показово, що в цегляних, кам'яних і бетонних будинках потужність дози в 2-3 рази більше, ніж в дерев'яних. За підрахунками НКДАР ООН середня ефективна еквівалентна доза зовнішнього опромінення, яку людина отримує за рік від земних джерел природної радіації, становить приблизно 350 мікрозівертів.

Внутрішнє опромінення. В середньому приблизно 2/3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили в організм з їжею, водою і повітрям. Зовсім невелика частина цієї дози припадає на радіоактивні вуглець-14 і тритій, які утворюються під впливом космічної радіації. Все інше надходить від джерел земного походження. В середньому людина одержує близько 180 мікрозівертів на рік за рахунок калію-40, який засвоюється організмом разом з нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності організму. Однак значно більшу дозу внутрішнього опромінення людина одержує від нуклідів радіоактивного ряду урану-238 і в меншій мірі від радіонуклідів ряду торію-232.

Деякі з них, наприклад нукліди свинцю-210 і полонію-210, надходять в організм з їжею. Вони концентруються в рибі і молюсках, тому люди, які споживають багато риби та інших дарів моря можуть отримувати відносно високі дози опромінення.

Радон. Лише недавно вчені зрозуміли, що найбільш вагомим із усіх природних джерел радіації є невидимий, що не має смаку і запаху важкий газ (7,5 рази важчий за повітря) радон.

Радон вивільняється із земної кори повсюдно, але його концентрація в зовнішньому повітрі істотно розрізняється в різних точках земної кулі. Як ні парадоксально це може здатися на перший погляд, але основну частину дози опромінення від радону людина одержує перебуваючи в закритому, непровітрюваному приміщенні. У зонах з помірним кліматом концентрація радону в закритих приміщеннях в середньому приблизно в 8 разів вище, ніж в зовнішньому повітрі.

Радон концентрується в повітрі усередині приміщень лише тоді, коли вони в достатній мірі ізольовані від зовнішнього середовища. Поступаючи всередину приміщень тим чи іншим шляхом (просочуючись через фундамент і підлогу з грунту або, рідше, вивільняючи з матеріалів, використаних в конструкції будинку), радон накопичується в ньому.

Найпоширеніші будівельні матеріали - дерево, цеглу, бетон - виділяють відносно небагато радону. Набагато більшою питомою радіоактивністю володіють граніт і пемза, використовувані в якості будівельних матеріалів. Ще один, як правило менш важливий, джерело надходження радону в житлові приміщення являють собою вода і природний газ. Концентрація радону в звичайно використовуваної воді надзвичайно мала, але вода з деяких джерел, особливо з глибоких колодязів або артезіанських свердловин, містить дуже багато радону.

Однак основна небезпека, як це не дивно, виходить зовсім не від пиття води навіть при високому вмісті в ній радону. Зазвичай люди споживають велику частину води в складі їжі і в вигляді гарячих напоїв (кава, чай). При кип'ятінні ж води або приготуванні гарячих страв радон в значній мірі випаровується і тому надходить в організм в основному з накопичений водою. Але навіть і в цьому випадку радон дуже швидко виводиться з організму.

Інші джерела радіації. Вугілля, подібно до більшості інших природних матеріалів, містить незначні кількості первинних радіонуклідів. Хоча концентрація радіонуклідів в різних вугільних пластах різниться в сотні разів, в основному вугілля містить менше радіонуклідів, ніж в середньому земна кора. При спалюванні вугілля велика частина його мінеральних компонентів спікається в шлак чи золу, куди в основному потрапляють радіоактивні речовини.

Видобуток фосфатів ведеться в багатьох місцях земної кулі, вони використовуються головним чином для виробництва добрив. Більшість розроблюваних в даний час фосфатних родовищ містить уран, присутній там в досить високій концентрації. У процесі видобутку і переробки руди виділяється радон, та й самі добрива радіоактивні і містяться в них радіонукліди проникають із ґрунту в сільськогосподарські культури.

Джерела, що використовуються в медицині. В даний час основний внесок в дозу, одержувану людиною від техногенних джерел радіації, вносять медичні діагностичні та лікувальні процедури. Радіація використовується в медицині як у діагностичних цілях, так і для лікування. Одним з найбільш поширених медичних приладів є рентгенівський апарат.

Отримують все більш широке поширення і нові складні діагностичні методи, що спираються на використання радіонуклідів. Як ні парадоксально, але одним з основних способів боротьби з раком є ​​променева терапія. Зрозуміло, що індивідуальні дози, одержувані різними людьми, сильно варіюють - від нуля (у тих, хто жодного разу не проходив навіть рентгенологічного обстеження) до багатьох тисяч середньорічних "природних" доз (у пацієнтів із злоякісними новоутвореннями). В принципі опромінення в медицині направлено на лікування хворих. Однак нерідко дози виявляються невиправдано високими: їх можна було б істотно зменшити без зниження ефективності лікування, причому користь від такого зменшення була б вельми істотна.

Найбільш поширеним видом випромінювання, що застосовується в діагностичних цілях, є рентгенівські промені. Згідно з даними по розвиненим країнам, на кожну 1000 жителів припадає від 300 до 900 обстежень на рік - і це не рахуючи рентгенологічних досліджень зубів і масової флюорографії. Менш повні дані по країнам, що розвиваються показують, що тут число проведених обстежень не перевищує 100-200 на 1000 жителів. Насправді близько 2/3 населення Землі проживає в країнах, де середня кількість рентгенологічних обстежень становить не більше 10% від числа обстежень в промислово розвинених країнах.

У більшості країн близько половини рентгенологічних обстежень доводиться на частку органів грудної клітини. Однак у міру зменшення частоти захворювань на туберкульоз доцільність масових обстежень в окремих регіонах знизилася. Нещодавно з'явився цілий ряд технологічних удосконалень, які за умови їх правильного застосування могли б привести до зменшення дози, одержуваної при рентгенологічному обстеженні.

Навіть в межах однієї країни дози сильно варіюють в різних клініках. Дослідження проведені в ФРН, Великобританії і США, показують, що дози, одержувані пацієнтами, можуть відрізнятися в сто разів. Іноді опроміненню піддається вдвічі більша площа поверхні тіла, ніж це необхідно. Нарешті встановлено, що зайве радіаційне опромінення часто буває обумовлено незадовільним станом або неписьменною експлуатацією обладнання. Завдяки технічним удосконаленням можна зменшити і дози, одержувані пацієнтами при рентгенографії зубів. Це дуже важливо хоча б тому, що в багатьох розвинених країнах дане рентгенологічне обстеження проводиться найбільш часто. Максимальне зменшення площі рентгенівського пучка, його фільтрація, що забирає зайве випромінювання, використання більш чутливих плівок і правильне екранування - все це зменшує дозу.

Менші дози повинні використовуватися і при обстеженні молочної залози. Введені в другій половині 70-х років нові методи рентгенографії цього органу вже привели до істотного зниження рівня опромінення в порівнянні з колишнім, однак він може бути зменшений і далі без погіршення якості рентгенограм. Зменшення дози дозволило збільшити число обстежень молочної залози.

Таблиця C. Середні еквівалентно-ефективні дози опромінення населення розвинених країн.

За даними НКДАР при ООН

Захисні заходи, що дозволяють забезпечити умови радіаційної безпеки при застосуванні закритих джерел, засновані на знанні законів поширення іонізуючих випромінювань і характеру їхньої взаємодії з речовиною. Головні з них такі:

а) доза зовнішнього опромінення пропорційна інтенсивності випромінювання і часу впливу;

б) інтенсивність випромінювання від точкового джерела пропорційна кількості квантів або часток, що виникають у ньому за одиницю часу, і оберненопропорційна квадрату відстані; в) інтенсивність випромінювання може бути зменшена за допомогою екранів.

З цих закономірностей випливають основні принципи забезпечення радіаційної безпеки: 1) зменшення потужності джерел до мінімальних величин ( "захист кількістю"); 2) скорочення часу контакту з джерелом ( "захист часом"); 3) збільшення відстані від джерел до працюючих ( "захист відстанню"); 4) екранування джерел випромінювання матеріалами, що поглинають іонізуюче випромінювання ( "захист екранами").

Залежно від виду іонізуючого випромінювання здійснюватиме для виготовлення екранів застосовуються різні матеріали, а їх товщина визначається потужністю випромінювання. Так, кращими для захисту від рентгенівського і гамма-випромінювань, що дозволяють добитися потрібного ефекту по кратності ослаблення при найменшій товщині екранів, є матеріали з великою кількістю протонів, наприклад свинець і уран. Однак, з огляду на високу вартість свинцю й урану, можуть застосовуватися екрани з більш легких матеріалів - просвинцьованого скла, заліза, бетону, барітобетона, залізобетону і навіть води. У цьому випадку, природно, еквівалентна товщина екранів набагато перевершує ту, яка могла б забезпечити потрібну кратність ослаблення за допомогою свинцю або урану. Цегла, бетон, барітобетон, залізобетон та інші будівельні матеріали часто використовуються в якості вихідної сировини для виготовлення екранів в тих випадках, коли екрани одночасно є будівельними конструкціями споруд. Вода - вельми дешевий захисний матеріал, тому при створенні захисних екранів для захисту від рентгенівського і гамма-випромінювань в першу чергу виходять з міркувань технології виробництва і можливих економічних витрат (вартості екранів з тих чи інших матеріалів).

Ядерні вибухи. За останні 40 років кожен з нас піддавався опроміненню від радіоактивних опадів, які утворилися в результаті ядерних вибухів. Максимум цих випробувань доводиться на два періоди: перший на 1954-1958 роки, коли вибухи проводили Великобританія, США і СРСР, і другий, більш значний, на 1961-1962 роки, коли їх проводили в основному Сполучені Штати і Радянський Союз.

Оцінка масштабів і ступеня радіоактивного забруднення
природного середовища в зоні впливу аварії на ЧАЕС

Таблиця 4. Радіонуклідний склад викиду аварійного блоку ЧАЕС.

Період напіврозпаду Т (1/2), сут

В даний час основними дозоутворюючими елементами є цезій, стронцій і плутоній. Найбільшу роль з ніхіграет цезій. Стронцій і плутоній знаходяться головним чином в 30-кілометровій зоні АЧЕС. Забруднення територій України, Білорусі іУкаіни (розподіл по площах і питомої величиною забруднення) представлено в табл. У табл. Наведено дані про кількість жителів, які проживають на забруднених територіях. Площі сільськогосподарських угідь, забруднених 137 Cs до 5 Кі / км 2. складають (в тис. Га): поУкаіни (Брянська обл.) - 183,7; Україна - 3316; Білорусі - 914. Є також плями в Житомирському краї, в районі Сухумі і країнах Балтії.

Таблиця 5. Площі територій, забруднених 137 Cs, тис. Га

Ступінь забруднення, Кі / км2

Таблиця 6. Кількість населення, що проживає на забруднених територіях, тис.чол.

Ступінь забруднення, Кі / км2

В значно меншій мірі піддалися забрудненню території європейських країн - Австрії, Болгарії, Угорщини, Італії, Норвегії, Польщі, Румунії, Англії, Туреччині, Греції, Німеччини, Фінляндії, Швеції, Югославії.