|
|
Радиация. Дозиметрия. Радиология.
В связи с аварией на АЭС «Фокусима-1» в печати снова замелькали термины: радио-
активность, кюри, экспозиционная и поглащенная дозы, рентген, зиверт, бэр, грей и
т.д. Напомним, что все это значит.
Ионизирующие излучения (ИИ) или проникающие излучения (иногда можно встретить и
другие словосочетания – радиоактивные излучения, радиация) это различные виды мик-
рочастиц и физических полей, способные вызвать ионизацию атомов и молекул вещества
через которое они проходят. Это могут быть пучки заряженных элементарных частиц
(протонов, электронов), ядра лёгких элементов, ионов и гамма кванты, а так же ней-
тральные частицы, прежде всего нейтроны. В отдельных случаях к ионизирующим отно-
сят и коротковолновое ультрафиолетовое излучение. Излучение видимого диапазона
света (хотя в определенных случаях и оно способно вызывать ионизацию) как и излуче-
ние микроволнового и радиодиапазонов не относят к ионизирующим. Естественными ис-
точниками ИИ являются космические лучи и радиоактивный распад ядер некоторых хими-
ческих элементов встречающихся в природе.
С ростом числа протонов (Z - равного атомному номеру элемента) т.е. заряда ядра
химического элемента уменьшается его стабильность. Это приводит к спонтанному т.е.
не вызванному внешним воздействием изменению состава таких ядер с испусканием раз-
личных видов излучения и элементарных частиц что и называют радиоактивностью. Про-
цесс такого изменения называют радиоактивным распадом, а свойство атомов испыты-
вать такой распад - радиоактивностью. Таким образом радиоактивность это свойство
атомных ядер изменять свой заряд (Z) и (или), массовое число (А=N+Z где N- число
нейтронов) путём испускания элементарных частиц (нейтроны, электроны, позитроны,
протоны, гамма-кванты, нейтрино), ядер гелия или фрагментов ядер (два реже три ос-
колка) родительского элемента, Ядра, испытывающие распад, называются радионукли-
дами. Установлено, что радиоактивны все химические элементы с атомным номером,
большим 82 т.е. начиная с висмута (Bi), То что природный висмут с массовым числом
209 радиоактивен обнаружилось только в 2003г. (до этого считалось что он стабилен).
Многие более лёгкие элементы прометий (Pm, Z=61) и технеций (Tx, z=43) не имеют
стабильных изотопов. Изотопы это атомы химических элементов с одинаковым числом
протонов (Z) но разными массовыми числами (A) т.е. с разным числом нейтронов
(N=А–Z) в составе ядра (различные изотопы обычно обозначают таким образом 92U238 -
внизу атомный номер вверху массовое число или только массовое число далее мы будем
писать U-238). У некоторых элементов, таких как индий (In), калий (K), кальций
(Ca), радиоактивны только некоторые природные изотопы.
Спонтанный распад происходит с определенной (своей для каждого элемента) ско-
ростью. За каждую секунду распадается определённая доля радиоактивных атомов.
Время в течение которого количество атомов радиоактивного вещества убывают в два
раза, называют его периодом полураспада. За перый период распадается 50% исходного
числа атомов вещества, за второй - 25% (50% от 50%), за третий -12,5% (50% от 25%)
и т.д. Для изотопа U-238 период полураспада равен 4,5 млрд.лет, у Радия-226 (Ra) -
1630 лет, а у Ra-219 0,001с. С момента образования Земли (4.5 млард.лет назад) до
наших дней сохранились лишь те радиоактивные химические элементы время жизни кото-
рых больше возраста Земли. Это U-238, U-235 (период полураспада 0,7 млрд. лет) и
Th-232 (14 мдрд.лет), являющиеся «родоначальниками» так называемых радиоактивных
рядов. Ядра элемента Образовавшегося в результате распада этих элементов в свою
очередь являются радиоактивными и распадаются с образованием нового элемента. Про-
цесс радиоактивного распада будет происходить до тех пор, пока не появится стабиль-
ное ядро. Такая последовательность нуклидов и называется радиоактивным рядом и яв-
ляется источником радионуклидов с временем жизни меньше возраста Земли. В природе
встречается около 300 радиоактивных изотопов из них 23 долгоживущих с периодом по-
лураспада более 10 млн.лет. Радиоактивные изотопы, существующие в природе, назы-
вают естественными (природными), а синтезированные посредством ядерных реакций,
искусственными. Естественные радиоактивные изотопы условно могут быть разделены на
три группы:
- изотопы, входящие в состав радиоактивных семейств;
- «генетически» не связанные с ними радиоактивные элементы: К-40, Са-48, Rb-87 и
некоторые др.
- космогенные радионуклиды, возникающие на Земле под воздействием космических лу-
чей (водород-3 (Н) или Тритий, Углерод-14 (C), бериллий-7 (Be), натрий-22 (Na)
и др.всего 14 радионуклидов).
К первой группе относятся все естественные радионуклиды с массовым числом более
209. Они образуют три радиоактивных семейства родоначальниками которых являются
U-238, Th-232 и U-235. В процессе их радиоактивного распада постоянно образуется
40 радиоактивных изотопов. Это и Ra-226, и газообразные радон-222 (Rn) и Rn-220 и
др. Последними элементаим этих рядов ляются стабильные Изотопы свинца (206, 207,
208).
К-40 представляет собой долгоживущий радионуклид (период полураспада 1.2 млрд.
лет.), входящий в состав природного калия в количестве 0,012%. Rb-87 является од-
ним из долгоживущих природных радионуклидов (период полураспада 48 млрд. лет.),
определяющих, наряду с радионуклидами уранового и ториевого радиоактивных рядов и
K-40, естественную радиоактивность. Содержание его в природном рубидии составляет
27.8%, Из шести природных изотопов кальция пять стабильны и только шестой, самый
тяжелый, Са-48 (в природном кальции его всего 0,187%), радиоактивен (период полу-
распада 5,3х1019лет.). Изотоп Са-48 наиболее эффективный и употребительный матери-
ал для получения сверхтяжелых элементов на ускорителях.
Основными космогенными радионуклидами являются Тритий, С-14 и Натрий-22 (Na).
Тритий и С-14 образуются при облучении природного азота (N) нейтронами (n):
n + 7N14 > 6C14 + H n + 7N14 > Т + 6C12
Поскольку С-14 накапливается в органических останках и имеет достаточно большой
период полураспада (5730 лет) измерение его содержания в скелетах, мумиях, деревян-
ных предметах и т.п. позволяет археологам определять их возраст.
Среди природных нет химических элементов с атомным номером свыше 92, поскольку
время жзни таких элементов меньше возраста Земли. Исключением является Рu-239
(Z=94), который хотя и имеет период полураспада всего 20 тыс.лет все же содержится
(хотя и в ничтожном количестве) в урановых рудах. Причиной является то, что он пос-
тоянно образуются при распаде Нептуния-239 (Np), который, в свою очередь, возника-
ет при поглощении нейтрона ураном-238 (нейтронов космического излучения или спон-
танного деления урана-238). Кроме того в природе отсутствуют элементы с атомными
номерами 43 - Tx, 61 - Pm, 85 - Астат (At) 87- Франций (Fr) поскольку они не имеют
стабильных изотопов и не входят в состав радиоактивных рядов. Все они были полу-
чены искуственным путем (как и трансурановые элементы, последний с атомным номером
112). Кроме того искуственно было получено большое число изотопов более легких
элементов, всего около 1700 изотопов. Разделение на природные и искуственные услов-
но, так как один и тот же изотоп может иметь и природное и искусственное происхож-
дение. Так Pu-239, хотя и встречаются в природе но в промышленных масштабах его
получают искусственным путем. При ядерных взрывах образуется 225 радиоактивных
изотопов 36 элементов от цинка (Zn) до гадолиния (Gd). Искуствено полученный
Нептуний-237 (период полураспада 2,25 млн.лет) является «родоначальником» еще од-
ного (четвертого) радиоактивного ряда.
Радиоактивность следует отличать от превращений составных ядер, образующихся в
процессе ядерных реакций в результате поглощения ядром-мишенью падающей на него
ядерной частицы. Время жизни такого ядра на порядок меньше минимальной продолжи-
тельности существования радиоактивных ядер (которое условно считается равным 10-12
сек.).
Активность радионуклида измеряется числом распадов атомов за единицу времени
(она обратно пропорциональна периоду полураспада). Первоначально (1910г.) для
измерения активности использовалась единица измерения Кюри (Ки или Ci), названная
в честь французских ученых М. и П.Кюри, которая определялась как количество радона,
находящегося в радиоактивном равновесии с радием массой 1г. Количество радона, со-
ответствующее 1Ки, имеет массу 6,51х10-6г. и содержит 1,78х1016 атомов. Измерения
скорости распада радона с активностью 1Ки. дали 37млрд. распадов в секунду. В даль-
нейшем под 1Ки стали понимать активность радиоактивного препарата, в котором проис-
ходит 37х10 млрд. распадов в секунду. В 1946г. была предложена другая внесистемная
единица активности Резерфорд (Рд или Rd), названая в честь английскрго физика. Она
определялась как активность радионуклида, равная 1 млн. распадов в секунду. 1 Ки =
37000 Рд. Широкого распространения она не получила и практически не применяется. В
Международной системе измерений (СИ) активность радионуклидов измеряется в Беккере-
лях (Бк или Bq) (французский ученый А. Беккерель впервые обнаружил радиоактивность
природных солей урана в 1896г.). 1Бк. соответствует 1 распаду в секунду. Таким
образом 1Ки = 37млрд.Бк. Часто испольуют удельную активность – весовую Бк/кг. или
объемную Бк/л. или Бк/куб.м. Для характеристики уровня радиационного загрязнения
местности используется единица Бк/кв.м. т.е. активность на единицу площади.
Известно несколько видов радиоактивного распада. Основные это альфа-, бета-рас-
пады и спонтанное деление.
Альфа-распад, вид радиоактивного распада ядра, в результате которого происходит
испускание альфа-частицы представляющей собой ядро гелия-4 (He), движущихся со ско-
ростью 14-20тыс.км./с. (что соответствует энергиям 4—8,8 МэВ). Так распадается ра-
дий, превращаясь в радон:
88Ra226 > 2He4 + 86Rn222
Поток альфа-частиц называют альфа–излучением. Известно более 200 альфа–активных
ядер, расположенных в основном в конце периодической системы.
Бета-распад вид радиоактивного распада при котором ядро излучает или поглощает
(электронный захват) бета-частицу – электрон или позитрон. При электроном бета-
распаде в ядре происходит превращение нейтрона в протон с одновременным образова-
нием и выбросом из ядра электрона. Заряд ядра (т.е. порядковый номер элемента) при
этом увеличиваются на единицу. Так торий превращается в протактиний:
90Th233 > 91Pa233 + e-1
При позитронном бета-распаде происходит превращение протона в нейтрон с образова-
нием и выбросом из ядра позитрона. Заряд ядра при этом уменьшается на единицу. Так
изотоп магния, превращается в натрий:
12Mg23 > 11Na23 + e+1
К бета-распаду относится также электронный захват т.е. захват атомным ядром одного
из электронов своего атома. При этом один из протонов ядра превращается в нейтрон.
Так изотоп калия превращается в аргон:
9К40 + e-1 > 9Аr40
Место в электронной оболочке, освобожденное захваченным электроном, заполняется
электронами из вышестоящих слоев, в результате возникает рентгеновское излучение.
Таким образов в этом случае бета-распад происходит без излучения бета-частицы но
во всех типах бета-распада ядро излучает нейтрино или антинейтрино.
Ядpа, испытывающие альфа, и бета pаспад, после pаспада могут оказаться в воз-
бужденном состоянии и излишек энеpгии сбpасывают в виде электpомагнитного излуче-
ния, то есть в виде гамма-кванта. Возбуждение ядра может сниматься также посред-
ством вылета конверсионных электронов из атомной оболочки. Большинство возбуждён-
ных состояний имеют очень малые времена жизни (менее наносекунды). Однако сущест-
вуют и достаточно долгоживущие состояния (время жизни измеряются годами), которые
называются изомерными. Изомерные состояния ядер распадаются иногда через несколько
промежуточных состояний с излучением одного или нескольких гамма-квантов. Этот про-
цесс называют изомерным переходом иногда применяется термин «гамма-распад». Гра-
ница между изомерным состоянием и обычным (короткоживущим) возбужденным состоянием
атома после бета- и альфа-распада весьма условна. Так что можно не считать гамма-
распад самостоятельным видом радиоактивности (он только сопровождает альфа- и бета-
распады. Изомерные состояния могут распадаться также и посредством обычных бета-
и альфа-распадов.
Гамма- и рентгеновское излучения это коротковолновые электромагнитные излучения
которые, учитывая корпускулярно-волновую теорию, можно рассматривать как поток
квантов обладающих энергией соответствующей длине волны излучения. Энергия гамма-
квантов составляет от 1 кэВ до десятков мэВ (что соответствует длине волны менее
0,05нм. Длина волны рентгеновского излучения лежит в диапазоне между ультрафиоле-
товым и гамма-излучением. Принято считать что диапазон рентгеновского излучения
лежит в пределах от 0,005—10 нм. (что соответствует фотонам с энергией от 100 эВ.
до 250 кэВ). Свое название рентгеновское излучение получило по фамилии первооткры-
вателя немецкого физика В.Рентгена. Как видно диапазоны рентгеновского и гамма-
излучений в области энергий от 1 до 250 кэВ. перекрываются. А поскольку физически
кванты электромагнитного излучения с одинаковой энергией ничем не отличаются, то
разделение их на рентгеновские и гамма в этом диапазоне возможно только по их ис-
точнику: рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых заряженных час-
тиц (электронов, протонов и пр.), а также в результате процессов, происходящих
внутри электронных оболочек атомов. Гамма-излучение появляется при переходах между
возбуждёнными состояниями атомных ядер. Из-за своей высокой проникающей способнос-
ти рентгеновские и гамма-лучи способны пронизывать непрозрачное вещество что ис-
пользуется для исследования недоступных для оптического наблюдения областей. Для
практических целей используются лучи, полученные в рентгеновской трубке. Различают
«мягкий» рентген который характеризующийся наименьшей энергией фотона (наибольшая
длина волны), и «жёсткий» рентген который обладает наибольшей энергией фотона
(наименьшая длина волны). Мягкий рентген применяется при медицинских обследованиях
человека (что приводит к дополнительному радиационному воздействию на организм).
Жёсткий рентген используется преимущественно в промышленных целях. Гамма-лучи
обладая большей проникающей способностью, чем рентгеновские лучи, являются более
вредными для живых тканей и используются для стерилизации некоторых материалов.
Строго контролируемые дозы этих лучей применяются для лечения некоторых заболева-
ний в ходе лучевой терапии.
Другой разновидностью радиоактивного распада является спонтанное деление ядер.
Это процесс расщепления атомного ядра на два (реже три) ядра с близкими массами. В
результате деления могут возникать и другие продукты реакции: лёгкие ядра (в основ-
ном альфа-частицы), нейтроны и гамма-кванты. Процесс деления может протекать
только в том случае, когда потенциальная энергия делящегося ядра превышает энергию
осколков деления (именно поэтому процесс деления является источником энергии). Это
условие выполняется для ядер с атомным номером (Z) больше 90. Самопроизвольному
делению препятствует так называемый энергетический барьер: в процессе деления ядро
должно пройти через состояние с большей (чем в исходном состоянии) потенциальной
энергией ядра. Величина этого барьера уменьшается с ростом атомного номера и мас-
сового числа. Поэтому Уран (Z=90) и Плутоний (Z=92) самопроизвольно делятся с
очень малой вероятностью (скоростью). Так для U-238 период полураспада для спонтан-
ного деления в миллион раз больше чем прстого рспада, а для U-235 даже в 10 мил-
лиардов раз больше. Путем спонтанного деления распадается менее 0,0001% U-238, а
U-235 в десятки тысяч раз меньше. У калифорния-252 (Cf, Z=98, А=251) период полу-
распада для спонтанного деления составляет уже уже 86 лет, а его доля в распаде
атомов составляет 3%. Для ядер с массовым числом более 260 барьер практически
равен нулю и они должны делиться мгновенно (поэтому их не может быть в природе).
Для ускорения процесса деления ядру необходимо сообщить дополнительную энергию
для преодоления барьера. Ее можно передать ядру различными способами (облучение
гамма-квантами, бомбардировка частицами и др.) такое деление называют вынужденным.
Из всех возможных способов практическое применение нашёл лишь один - облучение ней-
тронами. Деление нейтронами имеет то преимущество по сравнению с другими что соп-
ровождается испусканием нейтронов (2-3 на одно деление), что создаёт основу для
протекания цепной реакции деления используемой в ядерных реакторах и ядерном ору-
жии. Вклад других способов деления в ядерных реакторах составляет меньше 1%.
Потоки нейтронов с высокой энергией являются еще одним видом ИИ. электрически
нейтральные нейтроны не взаимодействуют с электронной оболочкой встреченных атомов,
а поэтому могут проникать вглубь их. При этом нейтроны могут либо поглощаться яд-
рами, либо рассеиваться на них. При неупругом взаимодействии нейтрон поглощается
ядром. В результате этого поглощения (радиационного захвата) образуется нестабиль-
ный изотоп, который испытывает бета-распад, сопровождающийся гамма-излучением. При
упругом ударе нейтрона с неподвижным протоном последнему передаётся большая часть
кинетической энергии нейтрона — нейтрон практически останавливается, а протон на-
чинает двигаться в том направлении, в котором двигался нейтрон. Движущийся протон
на своём пути производит интенсивную ионизацию. Таким образом прохождение нейтро-
нов через биологические ткани вызывает ионизацию среды как и для гамма квантов или
альфа, бета-частиц.
Кроме указанных видов распада существуют другие, менее распространённые и более
характерные для радионуклидов искусственного происхождения. Нейтронный распад -
так, например радиоактивный изотоп Литий-9 (Li) превращается в Li-8, радиоактивный
He-5 в стабильный He-4. Протонный распад - крайне редкий вид распада при котором
образуется химический элемент с атомным номером меньшим на единицу.
Другой составляющей естественной (фоновой) радиации на поверхности Земли и в
атмосфере являются космические лучи. Их принято делить на первичные - солнечные,
галактические и вторичные - образующиеся в атмосфере Земли под воздействием первич-
ных это частицы альбедо и радиационный пояс Земли. Частицы альбедо, радиационный
пояс и галактические лучи принято относить к стационарным. Солнечные космические
лучи к нестационарным.
Галактические Космические лучи состоят из ядер различных химических элементов,
а также электронов и позитронов. Солнечные космические лучи образуются вследствие
солнечных вспышек и в основном состоят из протонов. Заряженные частицы от Солнца
способны достигать Земли через 15-20 миннут после вспышки на его поверхности. Дли-
тельность вспышки может достигать нескольких часов. Внутри магнитосферы Земли есть области,
в которых удерживаются значительные потоки
захваченных частиц - это радиационные поя-
са Земли (см. схему). Основным наполнени-
ем внутреннего пояса (расположенного на
расстоянии от 300км. до 6000км. от Земли)
являются протоны с высокими (1-1000 МэВ)
энергиями, а внешнего (12000 - 40000км.)
- электроны.
В процессе взаимодействия ядер первич-
ного космического излучения с атмосферой
возникает поток нейтронов альбедо, идущий
от Земли и беспрепятственно проходящий
сквозь магнитное поле Земли. Поскольку ней-
троны нестабильны (среднее время распада
около 900 с.), часть из них распадается,
обеспечивая радиационный пояс протонами и
электронами.
| 
|
На уровне моря космическое излучение состоит почти полностью из мюонов (положи-
тельно или отрицательно заряженная элементарная частица с массой в 207 раз больше
электрона, время жизни 2,2 микросекунды, а скорость близка к скорости света) и не-
большого количества нейтронов. Его интенсивность зависит от солнечной активности,
географической широты места измерения и высоты над уровнем моря. Наиболее интен-
сивно оно на Северном и Южном полюсах, менее интенсивно на Экваторе. Причина этого
магнитное поле Земли, отклоняющее заряженные частицы космического излучения.
Длительное воздействие космической радиации способно очень негативно отразиться
на здоровье человека. Особенно опасны солнечные вспышки при полетах к планетам
Солнечной системы. Длительные орбитальные полеты человека возможны только на орби-
тах менее 500км. в южном полушарии и 1000км. в северном, При полетах на самолетах
пассажиры так же подвергаются повышенному воздействию космического излучения.
ИИ, проходя через различные вещества взаимодействуют с их атомами и молекулами
передавая им при столкновении часть своей энергии (дозы излучения). Это приводит к
возбуждению атомов и отрыву отдельных электронов из атомных оболочек. Атом превра-
щается в положительно заряженный ион - происходит первичная ионизация. Выбитые при
первичном взаимодействии электроны, обладающие высокой энергией, сами взаимодей-
ствуют со встречными атомами и также создают новые ионы - происходит вторичная ио-
низация. Электроны, потерявшие в результате многократных столкновений свою энергию,
остаются свободными или присоединяются (в газах) к нейтральному атому, образуя
отрицательно заряженные ионы. Кроме того на каждую пару ионов образуется два-три
возбуждённых атома или молекулы, в которых при столкновении происходит перемещение
электронов на оболочках. В результате атом или молекула приобретают избыточную
энергию, которая излучается или в виде фотонов видимого и ультрафиолетового света,
или в виде рентгеновских лучей и гамма-квантов. Число пар ионов, создаваемых ИИ в
веществе на единице пути пробега, называется удельной ионизацией или плотностью
ионизации. Наибольшей плотностью ионизации обладают альфа-частицы и нейтроны,
затем идут бета-частицы и на последнем месте гамма-лучи. При оценке биологического
воздействия излучений на ткани организма необходимо учитывать не только плотность
ионизации но и проникающую способность излучения которая для элементарных частиц
характеризуется длиной свободного пробега (длина пути которую проходит частица в
веществе до полной ее остановки). В воздухе длина свободного пробега альфа–частицы
составляет около 3,6см. В животных тканях её проникающая способность ещё меньше
(задерживается неповрежденной кожей) и измеряется микронами. Бета-частицы в воз-
духе пробегают расстояние в 10м. а в воде и животных тканях около 1см. (задержива-
ется плотной одеждой). Наибольшей проникающей способностью обладают гамма-лучи и
быстрые нейтроны (нейтроны проникают через несколько метров свинца). Поэтому для
биологических объектов наибольшую опасность представляет поток быстрых нейтронов,
так как они обладают и высокой плотностью ионизации, и большой проникающей способ-
ностью. При попадании радиоактивных веществ внутрь организма наибольшую опасность
представляют, кроме нейтронов, и альфа-частицы, так как они обладают высокой плот-
ностью ионизации.
Исторически первым методом измерения интенсивности ИИ стал метод основанный на
измерении величины вызванной им ионизации (начал широко использоваться еще в 20-х
годах). В 1928г. в качестве единицы измерения радиации был принят Рентген (Р или R)
- доза рентгеновского или гамма-излучения, при прохождении которого через 1куб.см.
воздуха при нормальных условиях (0,001239г.) образуется 2,08 млрд. пар ионов т.е.
1Р вызывает образование в 1кг. вещества заряда 25,8 тыс. кулон (Кл). Рентген явля-
ется единицей измерения экспозиционной дозы радиации характеризующей мощность ис-
точника излучения. Поскольку 1Р довольно большая величина, на практике удобнее
пользоваться миллионной (мкР) или тысячной (мР) долями. В системе СИ единицей экс-
позиционной дозы является Кулон на килограмм (Кл/кг). 1Кл/кг=3876Р (1Р=0,000258
Кл/кг). Для обеспечения возможности сравнения ионизирующего эффекта различных ви-
дов излучений вводят понятие физического эквивалента рентгена (фэр). Это доза
ИИ создающая в измеряемом объеме то же количество пар ионов, что и экспозиционная
доза в 1Р рентгеновского излучения.
Для оценки воздействия радиации на живые ткани в первую очередь важна величина
поглощенной ею энергии. Поглощающая способность среды зависит как от свойств самой
среды так и от вида излучения. Для характеристики поглощенной дозы ИИ вводят поня-
тие поглощенной дозы, которая определяется как энергия поглощенная в единице массы
облучаемого вещества. Применение рентгена для измерения поглощенной энергии было
неудобно поскольку эта единица измерения характеризовала число образовавшихся пар
ионов, а между этими величинами нет однозначного соответствия. Кроме того она была
введена только для рентгеновского и гамма-излучений. Чтобы сравнивать эффекты, про-
изводимые в веществе электронами и нейтронами, приходилось вводить поправочные ко-
эффициенты разные для каждого типа среды - воздуха, мышечной ткани, кости и т.д.
Они назывались эквивалентами рентгена. Тем не менее практическое удобство единицы
рентген бесспорно, так как ионизацию в воздухе можно легко измерить с помощью иони-
зационной камеры. По результатам таких измерений мы можем судить о поглощенной
энергии в биологической ткани. Сейчас общепринятой единицей измерения поглощенной
дозы (система СИ) является грей (Гр), 1Гр = 1Дж/кг. Внесистемной единицей погло-
щенной дозы является рад (rad, radiation absorbed dose). 1рад=0,01 Дж/кг. (1Гр=100
рад). При оценке доз можно считать (с минимальной погрешностью), что экспозицион-
ная доза в 1Р для биологической ткани эквивалентна поглощённой дозе в 1 рад.
Иногда можно встретить упоминание о интегральной дозе – это энергия суммарно
поглощенная во всем объеме объекта. Интегральная доза измеряется в Джоулях (Гр х
кг = 1 Дж).
При равной поглощенной дозе радиации различные ее типы причиняют различные по
серьезности повреждения живым тканям. Тяжелые ионизирующие частицы, протоны или
альфа-частицы, вреднее для человека, чем более легкие электроны или гамма- и рент-
геновские излучения. Поэтому для измерения воздействия радиации на живой организм
введено понятие эквивалентной дозы радиации. которая представляет собой поглощен-
ную дозу, умноженную на коэффициент, отражающий способность излучения данного вида
повреждать ткани организма. Величина коэффициента равна:
- для рентгеновских, гамма- и бета-излучений - 1;
- для тепловых нейтронов - 3;
- для быстрых нейтронов и протонов - 10;
- для тяжелых ядер и альфа-излучения - 20.
В системе СИ единицей эквивалентной дозы излучения является Зиверт (Зв или Sv),
названный по имени крупного исследователя в области дозиметрии и радиационной бе-
зопасности. Внесистемной единицей эквивалентной дозы излучения является биологи-
ческий эквивалент рентгена (бэр) или по английски roentgen equivalent for man
(rem) - эквивалент рентгена для человека. 1 бэр - это доза ИИ биологическое воздей-
ствие которого эквивалентно воздействию 1Р гаммма-излучения. Для рентгеновского
излучения 1 рад (0,01Гр) поглощенной дозы соответствует 1 бэру или 1бэр = 0,01 Зв
эквивалентной дозы. Для тепловых нейтронов 1рад поглощенной дозы будет соответство-
вать уже 3 бэрам эквивалентной дозы
Различные органы и ткани организма имеют различную чувствительность к радиации.
Например, при одинаковой эквивалентной дозе облучения возникновение рака легких
более вероятно, чем рака щитовидной железы. Поэтому дозы облучения различных орга-
нов и тканей человека, следует учитывать с разными коэффициентами (взвешивающий
коэффициент). Для яичников и семенников он равен 0,25, для красного костного мозга,
желудка, толстого кишечника и легких 0,12, Печени и щитовидной железы 0,05, Кожи и
Клеток костных поверхностей 0,01. Эффективная доза это величина, используемая как
мера риска возникновения отдаленных последствий облучения всего тела человека и
отдельных его органов и тканей с учетом их радиочувствительности а также веса.
Умножив эквивалентную дозу на соответствующие коэффициенты и просуммировав по всем
органам и тканям, получим полную эффективную дозу, отражающую суммарный эффект об-
лучения для организма. Она также измеряется в зивертах и бэрах. На практике поня-
тие эквивалентной дозы применяют лишь для характеристики радиационных воздействий
в малых дозах (не более 5 годовых предельных доз для профессионалов).
Вышеперечисленные показатели описывают только индивидуально получаемые дозы.
Если просуммировать индивидуальные эквивалентные дозы, полученные группой людей мы
получим коллективную эффективную дозу, которая измеряется в человеко-зивертах (чел
-Зв). Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются источни-
ком облучения для многих поколений людей вводят понятие ожидаемой (полной) коллек-
тивной эффективной эквивалентной дозы, т.е дозы которую получит население живущее
на определенной территории за весь период распада источника излучения.
Для характеристики ИИ используется также понятие мощность дозы, экспонированной
или поглощенной, которые измеряются в Р/час.(мкР/час) или Гр/час. соответственно
Это не что иное как доза радиации, получаемая в единицу времени. Мощность дозы,
умноженная на время ее воздействия на объект дает дозу радиации. Если в каком-либо
месте зафиксирован фон (от гамма-излучения) в 25 мкР/час, то за 1 час пребывания в
этом месте человек получит эквивалентную дозу в 0,25мкЗв. Но если такая же погло-
щённая доза будет создана альфа-излучением (например, при внутреннем облучении),
то с учётом коэффициента = 20 эквивалентная доза за 1 час составит 25 мкР/час х
20 х 1час = 5 мкЗв.
Поражающее действие ИИ определяется его способностью ионизировать атомы и моле-
кулы, входящие в состав клеток, что приводят к нарушению жизненных функций отдель-
ных органов и систем организма. В медицине последствия облучения делят на сомати-
ческие (т.е. приводящие к изменениям в организме самого облученного индивидуума и
не передающиеся потомству) и генетические (которые могут привести к изменениям в
следующих поколениях). Следует обратить внимание на резкое несоответствие между
полученной дозой, т.е. выделившейся в организме энергией, и биологическим эффектом.
Абсолютно смертельная доза в 1000 рентген в единицах тепловой энергии составляет
всего 0,0024 калорий. Этого хватит лишь на то чтобы нагреть на 1град. 0,0024г.
воды. Со стаканом горячего чая мы получаем в тысячи раз больше тепловой энергии.
В результате облучения у людей развивается специфическое заболевание, называе-
мое лучевой болезнью. В последующих поколениях возможно появление потомства с гене-
тическими отклонениями. При однократном внешнем общем облучении человека в зависи-
мости от поглощенной дозы излучения различают 4 степени лучевой болезни. Точных
границ между ними нет, но принято считать что первая (легкая) возникает при получе-
нии человеком дозы от 100 до 200Р. Она характеризуется общей слабостью, легкой тош-
нотой, кратковременным головокружением, повышением потливости. Вторая (средняя)
степень лучевой болезни развивается при получении дозы 200-400Р. В этом случае по-
являются головная боль, повышенная температура, желудочно-кишечное расстройство.
Третья (тяжелая) степень возникает при дозе свыше до 400Р. Она характеризуется тя-
желыми головными болями, тошнотой, сильной общей слабостью, головокружением и дру-
гими недомоганиями. Тяжелая форма, более 600Р, нередко приводит к смертельному
исходу. Величину 600Р (600 бэр или 6 Зв,) принято считать нижней границей смертель-
ной дозы для человека. Допустимая доза облучения за год для гражданского населения
составляет 1 - 5 мЗв. (0,1-0,5 бэр). Допустимые дозы внешнего облучения людей для
военного времени:
- однократное облучение (до 4-х суток) 50 Р;
- в течение 30 суток 100 Р;
- в течение 3-х месяцев 200 Р;
- до 1 года 300 Р.
Вперве предельные дозы облучения были введены в 1948г. «Временными общими сани-
тарными нормами и правилами». Допустимая доза облучения составляла 0.1Р/сутки или
30Р/год. При этом в аварийной ситуации допускалось однократное облучение с дозой
25Р. В 1950г. была введена годовая норма аварийного облучения не более 100Р. При
проведении ядерных испытаний - допустимая доза облучения повышались до:
- 1 Р/сутки при систематическом облучении, но не более 50Р за весь период работы;
- 10 р/сутки при многократном облучении на протяжении 10 суток.
В 1960г. были утверждены «Санитарные правила работы с радиоактивными веществами»
№333-60, а в 1961г. «Временные предельно допустимые уровни загрязненности радиоак-
тивными веществами продуктов питания, воды и воздуха различных объектов». Допусти-
мые дозы внешнего облучения всего организма были установлены для трех категорий
лиц, подвергавшихся облучению:
- «А» - лица работающие непосредственно с радиоактивными источниками. Для них до-
пустимая доза составляла 5 бэр/год. При необходимости (при выполнении аварийных
работ) для лиц старше 30 лет годовая доза могла быть увеличена до 12 бэр;
- «Б» - лица работающие рядом с радиоактивными веществами, но не связанные с ними
непосредственно, а также население, находящееся на территории санитарно-защитной
зоны. Допустимая доза составляет 0.5 бэр/год;
- «В» - гражданское население допустимая доза для которого была рана 0.05 бэр/год.
Внутреннее облучение организма нормировалось по облучению трех групп органов:
- хрусталик и кроветворные органы - нормы соответствуют внешнему общему облучению;
- мышцы, печень, почки, желудочно-кишечный тракт, легкие – для категорий «А» и «Б»
нормы в 3 раза, а для «В» в 10 раз выше общего облучения:
- кожа, щитовидная железа, кости - для категорий «А» и «Б» нормы в 6 раз, а для
«В» в 20 раз выше общего облучения.
В 1976г. были введены в действие новые нормы радиационной безопасности (НРБ-76).
Повторявшие в основном санитарные нормы N333-60. Применительно к группе «В» отме-
чалось, что регламентация и контроль за его облучением относятся к компетенции
Минздрава СССР и в случае радиационной аварии Главным санитарно-эпидемиологическим
управлением временные допустимые уровни устанавливаются, исходя из масштаба аварии.
В 1987г. (после Чернобыльской аварии) были введены в действие НРБ-76/87 повторяв-
шие дозовые пределы установленные НРБ-76. В случае аварийных ситуаций допускалась
возможность с разрешения территориальных учреждений санэпидслужбы увеличение плани-
руемого облучения персонала до 2 предельно допустимых доз (ПДД), а с разрешения
Минздрава СССР - до 5 ПДД. В настоящее время на территории России действуют НРБ-95
в которых для трех групп населения установлены следующие основные дозовые пределы
(ДП):
- «А» - 10 бэр за любые последовательные 5 лет (т.е в среднем по 2 бэр/год), но не
более 5 бэр/год ;
- «Б» - 0.5 бэр/год;
- «В» - 0.1 бэр/год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 0.5
бэр/год.
При авариях, повлекших за собой радиоактивное загрязнение территории, устанавлива-
ется зона радиационной аварии, определяемая как территория, на которой суммарное
внешнее и внутреннее облучение может превышать 0.5 бэр/год. В этой зоне проводится
мониторинг радиационной обстановки и работы по снижению уровней облучения насе-
ления.
Чувствительность живых организмов к радиации зависит от многих причин. Более
высокоразвитые организмы погибают от сравнительно небольших доз радиации. При этом
радиация убивают лишь отдельные клетки. Основная масса клеток остается жизнеспособ-
на, а смерть наступает от нарушения координации и регуляции жизненных функций. Для
человека радиация в дозе 5—6Гр. смертельна, а насекомое наездник после дозы 1800Гр.
чувствует себя даже лучше. Бактерии Pseudomonas, по сообщению американских ученых,
отлично размножаются в воде, охлаждающей ядерный реактор, где доза за 8 часов дос-
тигает 100 тыс.Гр. Рекордсменами в мире радиоустойчивых организмов являются Micro-
coccus radiodurans и древнейшие обитатели земли — синезеленые водоросли. Однако
зависимость между сложностью организации и радиочувствительностью не всегда прямо-
линейна. На каждом уровне организации есть свои «чемпионы» устойчивости. Это натол-
кнуло ученых на мысль, что, быть может, устойчивость некоторых организмов связана
с особенностями их химического состава, характера питания и т.п. Советским ученым
удалось показать, что высокая, по сравнению с другими грызунами, устойчивость к
радиации степных песчанок — результат их питания степными растениями. При переводе
песчанок на «диету» вивария их радиоустойчивость снижалась до уровня обыкновенных
лабораторных крыс. Было выдвинуто предположение, что введением определенных хими-
ческих веществ можно снизить последствия воздействия ИИ на живой организм.
Область радиобиологии, изучающая средства и методы химической защиты от радиа-
ции, ведет свою историю с 1949г. когда были достигнуты первые успехи в защите мле-
копитающих от радиации. В 1948-49гг. американский химик Г.Баррон предположил ис-
пользовать вещества, которые содержат тиоловые (SH-) группы. В 1949г. английский
радиобиолог Г.Патт доказал наличие у цистеина (аминокислоты содержащей SH-группу)
радиозащитных свойств. В том же году американский ученый Е.Кронкайт достиг анало-
гичных результатов с помощью другого тиолового соединения — трипептида глютатиона.
В том же году в Бельгии 3.Бак и А.Эрве сообщили о противолучевом действии цианис-
того натрия, цистеина, а затем группы азидов и нитрилов. В 1951г. 3.Бак, удалив из
молекулы цистеина кислотную (карбоксильную) группу, значительно увеличил эффектив-
ность препарата, который получил название цистеамин (а также меркаптоэтиламин, МЭА,
меркамин). Вводя цистеамин мышам непосредственно перед облучением (в гораздо мень-
шей дозе чем цистеин) он обеспечил выживание всех животных, облученных в смертель-
ной дозе 7 Гр. Этот опыт был повторен во многих странах с неизменным успехом. В
последующие годы и десятилетия на противолучевую активность были проверены многие
тысячи самых разнообразных химических соединений. Был обнаружен радиозащитный эф-
фект серотонина, мексамина, аминоэтилизотиурония, гистамина, адреналина, резерпина,
окиси углерода и многих других веществ. Таким образом противолучевая химическая
(фармакологическая) защита стала реальностью.
Радиозащитные вещества (радиопротекторы) это соединения, снижающие тяжесть
лучевого поражения при условии введения перед облучением. Они действуют во время
лучевого поражения, на самых ранних его этапах. Даже если между введением препара-
та и облучением прошло несколько минут, протектор успевает проникнуть в радиочувст-
вительные органы и ткани и начинает действовать. Радиопротекторы применяются не
только как индивидуальная химическая защита от внешнего лучевого воздействия при
ядерном взрве. Это еще и защита от радиации при длительном облучении в малых дозах
(например, в следе радиоактивного облака, при длительных космических полетах), по-
вышение устойчивости организма к радиации в условиях лучевой терапии. Современные
радиопротекторы многочисленны и очень разнообразны по составу и свойствам. Однако
большинство из них в силу ряда недостатков (токсичность, нестабильность, кратковре-
менность и слабость защитного действия и т.п.) не представляют практического инте-
реса. Наиболее эффективны радиопротекторы двух основных классов: содержащие серу
аминотиолы (они же меркаптоалкиламины), а также индолилалкиламны и биогенные амины
и не содержащие серы. В составе молекулы протекторов первого класса присутствуют
две группы атомов, имеющие отношение к защитному эффекту: тиоловая SH-группа и ами-
ногруппа — NH2. Модельным радиопротектором для этого класса соединений является
цистеамин, в котором эти группы отделены друг от друга двумя атомами углерода. При
образовании S—S связи (дисульфидной) между двумя молекулами цистеамина образуется
дисульфид цистамина, более удобный для применения (его можно вводить через рот).
Для аминотиолов характерны сравнительно узкий диапазон эффективных доз и достиже-
ние максимума защиты при уже проявляющемся токсическом действии препарата. Продо-
лжительность защитного действия около 1 час. Тиазолины и тиазолидины являются цик-
лическими аналагоми цистеамина и действуют более длительно. Эти препараты можно
вводить через рот. Глютатион представляет собой важнейший естественный серосодержа-
щий радиопротектор. Он содержится в клетках и крови в больших количествах и обеспе-
чивает естественную устойчивость организма к радиации на достаточно высоком уровне.
Индолилалкиламины — класс соединений, представляющих группу производных индола.
Модельным соединением, обладающим противолучевой активностью, является триптамин.
Значительно более эффективным, радиопротектором является его производное — серото-
нин. Это соединение служит наряду с глютатионом важнейшим естественным радиопро-
тектором, постоянно присутствующим в нашем организме. Если водород в гидроксильной
группе серотонина заменять углеводородными радикалами, противолучевое действие
усиливается еще больше. Самое известное такое соединение мексамин.
Первую гипотезу объясняющую противолучевой защитный эффект, выдвинули радио-
биологи 3.Бак и П.Александер в 1955г. По их предположению, радиопротекторы защи-
щают потому, что они перехватывают и, окисляясь сами, обезвреживают свободные
радикалы, которые возникают в результате взаимодействия радиации с веществом и
начинают цепь физикохимических, биохимических изменений, которая приводит к лучево-
му поражению ортаизма.
Некоторой противолучевой активностью обладают многие природные вещества -Это
витамины и их биологически активные формы — коферменты, нуклеиновые кислоты и их
производные, многие растительные фенольные соединения, аминокислоты, некоторые уг-
леводы и липиды. Довольно активным радиопротектором является моллитин-полипептид
из пчелиного яда, состоящий из 26 аминокислотных остатков. экстракты элеутерококка,
женьшеня, китайского лимонника и др. растений семейства аралиевых повышают устойчи-
вость организма к самым различным внешним воздействиям, включая радиацию. Их проти-
волучевой эффект (как и витаминов) проявляется при длительном их введении в орга-
низм за много дней и даже недель до облучения.
Естественный (природный) радиационный фон существует на Земле с момента ее об-
разования. Его источниками служат космическое излучение, излучение от залегающих в
Земле радиоактивных элементов. Таким образом жизнь на Земле зародилась и развива-
лась в условиях постоянного радиоактивного облучения. Всего в биосфере Земли содер-
жится более 60 естественных радиоактивных элементов (первичных и космогенных). Че-
ловек, как продукт биосферы Земли, естественно имеет в своих тканях радиоактивные
элементы. В основном это К-40 и Rb-87 имеющие большие периоды полураспада и соот-
ветственно небольшую удельную активность (6.9 х 10-3Ки/кг. и 8.6 х 10-5Ки/кг.).
Годовая доза, получаемая современным человеком от различных источников излучения,
колеблется в широких пределах в зависимости от места проживания и др. факторов.
В среднем естественный (природный) фон внешнего излучения на территории СССР соз-
даёт мощность экспозиционной озы 4.2мкР/час (или 36.8мР/год). Эквивалентная доза
внешнего облучения от природных источников ИИ составляет также 36,8 мбэр/год и
считается абсолютно безопасной. В СССР в 1985г среднегодовая доза облучения насе-
ления оценивалась приблизительно в 510 мбэр/год (5,1мЗв/год), а по данным ООН она
в среднем составляла 242 мбэр/год. Эти величины складываются из (в мбэр/год):
СССР ООН
- природный радиационный фон - 220 200
- стройматериалы - 140 (возможно эта величина входит первую строку)
- медицинские исследования - 140 40
- ядерные испытания - 2,5 2
- атомная энергетика - 0,2 0,1
Природный радиационный фон, по данным ООН, складывается из 168 мбэр/год полу-
чаемых от земных источников и 32 мбэр/год (примерно 3 мкбэр/час) от космического
излучения. С увеличением высоты мощность эффективной дозы космического излучения
возрастает. Люди живущие на высоте 2000м. над уровнем моря, получают от космичес-
кого излучения - 10 мкбэр/час т.е. в 3-4 раза больше, чем живущие на уровне моря,
где космический фон составляет 3 мкбэр/час. Живущие на экваторе получают меньшую
дозу, чем северяне. На высоте 8км. мощность эффективной дозы космического излуче-
ния составляет 200 мкбэр/час, а на 12км. она достигает 500 мкбэр/час. Пассажир
реактивного самолёта за 4 часа полёта получает в среднем дозу от 1,5 до 2 мбэр (и
даже выше в зависимости от высоты полёта).
За счет земного радиационного фона среднестатистический человек (поданным ООН)
получает 133 мбэр внутреннего облучения и 35 мбэр внешнего облучения в год. Однако
уровень земной радиации неодинаков в различных районах. Так в 200км. к северу от
Сан-Пауло (Бразилия) есть небольшая возвышенность, где уровень радиации в 800 раз
выше и достигает 26 бэр/год эта местность необитаема. На юго-западе Индии 70тыс.
человек живут на узкой прибрежной полосе, вдоль которой тянутся пески, богатые то-
рием, получая 380 мбэр/год. Во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США около 95% населе-
ния живут в местах с дозой облучения от 30 до 60 мбэр/год, 3% получают в среднем
100 мбэр в год, а 1.5% более 140 мбэр в год.
В настоящее время большой вклад в дозу радиационного облучение человека вносят
медицинские обследования при диагностике и лечении. Помимо массовой флюорографии и
рентгенологических обследований зубов и др. органов используются также радиоизото-
пы, вводимые в организм человека. Средняя эффективная эквивалентная доза, получае-
мая от всех источников облучения в медицине, в промышленно развитых странах состав-
ляет 100 мбэр/год на каждого жителя, т.е. примерно половину средней дозы от естес-
твенных источников (в СССР в 1987г. она составляла 140мбэр/год). Вклад в эту дозу
радионуклидной диагностики для стран, широко применяющих этот вид исследования,
составляет 7,3 мбэр/год. (для бывшего СССР - 3,2 мбэр/год). При медицинских об-
следованиях с использованием ретгеновского излучения мощность дозы в примерно в
миллиард раз превышает естественный фон. К счастью облучение длится доли секунды и
доза получаемая человеком за один сеанс незначительна. Разовая доза облучения
пациента при некоторых обследованиях составляет (в мбэр):
- флюорография грудной клетки - 30
- рентгенография грудной клетки - 10
- желудка и тонкого кишечника - 800
- толстого кишечника - 600
- позвоночника - 150
- костей рук или ног - 0,1
- компьютерная томография всего тела -1000
- головы - 200
- позвоночника - 600
- грудной клетки - 700
- околоносовых пазух - 60
- позитронная эмиссионная томография - 700мбэр.
В зависимости от содержания радиоактивных изотопов в различных строительных
материалах мощность экспозиционной дозы в домах изменяется от 0,4 до более чем 1,2
мГр/год. (в Москве она составляет 0,9 в Новосибирсек и Астрахани 0,8, Якутске 0,7,
Санкт-Петербурге 1,2 мГр/год). В среднем в кирпичных, каменных и бетонных зданиях
мощность дозы в 2-3 раза выше, чем в деревянных. Большой удельной радиоактивностью
обладают гранит и пемза, кальций-силикатрий, шлак и ряд других материалов.
В результате деятельности человека во внешней среде появились искусственные
радионуклиды и источники излучения. Радиоактивное загрязнение биосферы происходит
в результате ядерных взрывов, удаления в окружающую среду радиоактивных отходов,
аварий на атомных предприятиях и т.д. Радиоактивное заражение при ядерном взрыве
или радиационной аварии на ядерном реакторе обусловливается непрореагировавшей
частью делящегося вещества, продуктами ядерного деления (ПЯД) и радионуклидами на-
веденной активности.
Pu-239 имеет высокую удельную активность около 62 Ки/кг. (период полураспада
24000 лет.). Уран представляет собой существенно менее активный материал, чем плу-
тоний, из-за большого периода полураспада. Так удельная активность U-235 0,00215
Ки/кг (удельная активность U-238 в три раза, а Th-232 на порядок меньше).
При делении U-235 тепловыми нейтронами (АЭС на медленных нейтронах и ядерный
взрыв) образуется около 30 различных пар осколков (т.е. 60 различных изотопов). Са-
мый лёгкий из них имеет массовое число 72, самый тяжёлый — 161. Состав ПЯД в общем
случае постоянно изменяется, однако если процесс деления продолжается достаточно
долго то состав ПЯД становится неизменным:
— редкоземельные элементы 25 %;
— цирконий (Zr) 15 %;
— молибден (Mo) 12 %;
— цезий (Cs) 6,5 %;
— благородные газы - в основном ксенон (Xe) и криптон (Kr) 16%.
Каждый элемент при этом представлен многими изотопами. Сразу после взрыва большую
часть ПЯД образуют короткоживущие изотопы: стронций-89 (Sr), Zr95, Рутений-103
(Ru), йод-131 (I), Cs136, барий-140 (Ba), Церий-141 (Ce) c периодом полураспада от
3 до 65 суток и долгоживущие (относительно): Kr85, Sr90, Ru106, Cs137, Ce144,
Прометий–147 (Pm) c периодом полураспада от года до 29 лет. Большую часть активнос-
ти дают короткоживущие радионуклиды. Так, через 7 и 49 суток после взрыва актив-
ность ПЯД снижается соответственно в 10 и 100 раз по сравнению с активностью через
час после взрыва. Наиболее опасным считается I-131 поскольку он обладает:
- очень высокой удельной активностью (1,24х108Ки/кг);
- высокой летучестью (при авариях ядерных реакторов в первую очередь улетучиваются
инертные радиоактивные газы, затем йод, так при Чернобыльской аварии из реактора
было выброшено 100% находившихся в нем инертных газов, 20% йода, 10-13% цезия, и
всего 2-3% остальных элементов);
- достаточно большим периодом полураспада - 8 суток (что позволяет ему распростра-
няться по большим площадям);
- свойством накапливаться в живых организмах (поскольку йод является жизненно важ-
ным, и дефицитным элементом все живые организмы в процессе эволюции выработали
способность концентрировать его в своем теле).
У человека большая часть йода в организме концентрируется в щитовидной железе, им-
еющей небольшую массу (12-25г.). Поэтому, даже небольшое количество радиойода при-
водит к большим дозам локального облучения щитовидной железы.
Среди долгоживущих изотопов основные Sr-90 (28.6 лет), Ru-106 (1 год), Cs-137
(30.2 лет), Тритий (12.3 лет). Тритий представляет собой высокоактивный изотоп
водорода (удельная активность около 10000Ки/г.). В то же время являясь бета-излуча-
телем и обладая высокой степенью выводимости из организма он не представляет боль-
шой опасности. На Sr-90 (удельная активность 140000 Ки/кг.) приходится 35% суммар-
ной активности сразу после ядерного взрыва и 25% через 15-20 лет), Кроме того,
являясь аналогом кальция, стронций откладывается в костной ткани что приводит к
облучению костного мозга и значительно увеличивает риск заболевания раком костного
мозга. При поступлении большого количества изотопа может возникнуть лучевая бо-
лезнь. Другой высокоактивный нуклид определяющий долговременную активность ПЯД -
Cs-137 (удельная активность 87000 Ки/кг.).
Наведенная радиоактивность обусловлена такими радиоактивными изотопами как
Тритий, С-14, Алюминий-28 (Al), натрий-24 (Na), Марганец-56 (Mn), Железо-59 (Fe),
Кобальт-60 (Cо) и др. образующимися в грунте в результате облучения его нейтронами,
испускаемыми в момент взрыва. Особенно велика роль наведенной активности при термо-
ядерных взрывах. Периоды полураспада большинства из образующихся радиоактивных изо-
топов, сравнительно невелики: от одной минуты до часа. В связи с этим наведенная
активность может представлять опасность лишь в первые часы после взрыва и только в
районе, близком к его эпицентру.
C-14 представляет собой высокоактивный радионуклид (4400 Ки/кг.), В связи с
большим периодом полураспада (5730 лет) именно C-14 дает основную долю (64%) в ожи-
даемой (полной) коллективной эффективной эквивалентной дозе от всех испытаний, про-
изведенных к настоящему времени (около 30 миллионов чел-Зв). К 1980г. человечество
получило лишь 12% этой дозы. Большой вклад в эту дозу дают Cs-137 (14%), Zr-95
(5,3%), Sr-90 (3,2%), Ru-106 (2,2%) вклад йода-131 менее 1%.
В природную среду в больших количествах поступают естественные радионуклиды,
извлекаемые из недр Земли вместе с углем, газом, нефтью, минеральными удобрениями,
строительными материалами. Сюда относятся геотермические электростанции, создающие
выброс около 4·1014 Бк изотопа Ra-222 на 1 ГВт выработанной электроэнергии; уголь,
сжигаемый в жилых домах и электростанциях, содержит (в небольних количествах) ес-
тественные радионуклиды К-40, U-232 и U-238 и продукты их распада; фосфорные удоб-
рения содержащие Уран (удельная активность Кольского апатита около 70 Бк/кг, а фос-
форита 400 Бк/кг.) ежегодно десятками млн.т. вносятся на поля что приводят к повы-
шению радиоактивности молока и других продуктов питания.
В организме человека постоянно присутствуют радионуклиды поступающие через
органы дыхания и пищеварения. 2/3 дозы облучения (135 мбэр/год), которую человек
получает от естественных источников радиации, поступает от радиоактивных веществ,
попавших в организм с пищей, водой и воздухом (внутренне облучение). Наибольший
вклад в формирование дозы внутреннего облучения вносят К-40, Rb-87, и нуклиды
рядов распада U-238 и Th-232. Суммарный вклад космогенных радионуклидов составляет
около 15 мкЗв/год. Здесь наибольший вклад вносят Тритий, Be-7, C-14, Na-22. Взрос-
лый человек потребляет с пищей 95кг. углерода в год при средней активности на еди-
ницу массы углерода 230Бк/кг. Характер и уровень радионуклидов в продуктах питания
определяется сложившейся радиационной обстановкой. В растения радионуклиды посту-
пают в результате непосредственного (из радиоактивного облака) загрязнения и из
почвы. По возрастанию способности накопления радионуклидов растения могут быть
расположены в ряд: капуста — свекла — картофель — пшеница — естественная травяная
растительность. В организм животных радионуклиды поступают через желудочно-кишеч-
ный тракт, органы дыхания и кожный покров. По способности концентрировать всосав-
шиеся радионуклиды основные органы можно расположить в ряд: щитовидная железа —
печень — почки — скелет - мышцы. Технологическая переработка пищевого сырья и ку-
линарная обработка продуктов приводят к значительному снижению содержания в них ра-
дионуклидов. Например, в картофеле и свекле при их очистке удаляется 30-40% Sr-90.
При варке активность радионуклидов снижается еще на 10-20%. Со свеклы, капусты, го-
роха, щавеля, грибов в отвар переходит соответственно 60, 80, 45, 50, 85% радионук-
лидов. При варке говядины в бульон переходит от 20 до 50% Cs-137, а из мяса кур до
45%.
Средняя доза внутреннего облучения за счет радионуклидов земного происхождения
составляет 1.35 мЗв/год. Наибольший вклад (около 3/4 годовой дозы) дает не имеющий
вкуса и запаха тяжелый газ радон и продукты его распада. Поступив в организм при
вдохе, он вызывает облучение слизистых тканей легких. Радон высвобождается из Зем-
ной коры повсеместно, но его концентрации в наружном воздухе существенно различа-
ется для различных точек Земного шара. Радон проникает в помещение из земли и че-
рез различные трещины в межэтажных перекрытиях, через вентиляцинные каналы и т.д.
Источниками поступления радона в жилые помещения являются также природный газ и
вода (особенно если она подается из артезианских скважин). Источниками радона явля-
ются также строительные материалы (бетон, кирпич и т.д.). В кирпичных, каменных и
бетонных строениях мощность дозы в 3-4 раза больше, чем в деревянных или синтети-
ческих, где она обычно составляет 0,04-0,1 бэр/год. Большую часть дозы облучения
от радона человек получает, находясь в закрытом непроветриваемом помещении. Радон
в 7,5 раз тяжелее воздуха поэтому его концентрация на верхних этажах обычно ниже,
чем на первом этаже. Регулярное проветривание может снизить концентрацию радона в
несколько раз. Большой удельной радиоактивностью обладают гранит и пемза, кальций-
силикатрий, шлак и ряд других материалов.
Последние полвека человечество живет в условиях повышенного радиационного фона.
О последствиях (если их вообще возможно отследить) можно будет судить лишь через
несколько поколений. Однако имеются данные что малые дозы радиации оказывают стиму-
лирующее действие на живые организмы. Так жители Хиросимы и Нагасаки (и прилегаю-
щих районов) получившие при атомной бомбардировке городов незначительные дозы об-
лучения имели меньше проблем со здоровьем чем жители других районов Японии.
Наверх
|
