Применение рв существенно расширило возможности экспериментальных исследований процесса изнашивания деталей и узлов машин, поведения смазочных материалов и трущихся частей машин, анализа жидких и газообразных сред

В связи с бурным развитием ядерной энергетики, расширяющимися масштабами использования радиоактивных веществ (РВ) и источников ионизирующих излучений (ИИИ) в различных областях народного экономики и науки возрастает интерес к вопросам защиты от радиации не только со стороны специалистов, но и со стороны широких кругов населения.

Подобно тому как ΧΙΧ столетие было веком пара и электричества, двадцатое столетие стало, а двадцать первое станет тем более веком ядерной энергии, которая играет революционизирующую роль и вносит вклад в научно-технический прогресс. В настоящее время энергия ядра поставлена на службу человечеству. Пожалуй, нет ни одной отрасли науки и техники, где бы в той или иной мере не использовалась энергия, освобождаемая при ядерных превращениях. Радиоактивные изотопы успешно применяются в медицине для лечения злокачественных новообразований и других серьезных недугов, а также для диагностики ряда заболеваний и исследования функционального состояния организма. В промышленности при помощи радиоактивных изотопов ведется контроль качества изделий, контроль технологических процессов, определение структуры сплавов, проверка методов разделения веществ и т. д.

Применение РВ существенно расширило возможности экспериментальных исследований процесса изнашивания деталей и узлов машин, поведения смазочных материалов и трущихся частей машин, анализа жидких и газообразных сред.

Радиоактивные изотопы широко используют для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве (с/х), для дезинфекции зерна, овощей, выведения новых сортов семян, ускорения протекания химических реакций, получения новых полимерных соединений, исследования каталитических процессов, холодной стерилизации перевязочных материалов и лекарственных препаратов, в геологической разведке и других областях народного хозяйства.

Используя РВ в качестве так называемых «меченых атомов», удалось изучить новые закономерности и сделать важные открытия в биологии, химии, металлургии и даже археологии.

Мы гордимся тем, что гений наших ученых впервые в мире заставил энергию, таившуюся в глубинах ядра, вращать турбины атомных электростанций и винты атомных ледоколов.

Естественно, что при таком широком использовании ядерной энергии с каждым годом растет число людей, которые могут подвергаться воздействию ионизирующего излучения. Поэтому так же, как и при массовом использовании любого другого вида энергии (тепловой, механической, электрической, химической), большое значение приобретают правильная организация труда и осуществление защитных и профилактических мероприятий.

Известно, что воздействие на человека большого количества тепловой, механической, электрической энергии или ряда химических веществ может нарушить нормальную жизнедеятельность организма, а иногда привести к смертельному исходу; точно так же и ионизирующие излучения в определенных дозах оказывают вредное воздействие на организм человека.

Важно подчеркнуть, что радиация имеет свойства, которые вызывают необходимость принимать специальные меры безопасности.

Известно, что наши органы чувств очень восприимчивы к изменению степени светового, механического или теплового воздействия, это помогает человеку ориентироваться в обстановке и принимать соответствующие меры предосторожности. В то же время наши органы чувств не приспособлены к восприятию ионизирующей радиации, поэтому без специальных приборов мы не можем судить о наличии радиации и ее уровне, следовательно, и о грозящей опасности. Поэтому развитие ядерной энергетики стимулировало развитие такой отрасли знаний, как радиационная безопасность, которая занимается разработкой эффективной системы контроля уровней радиации, определением допустимых уровней облучения, разработкой методов коллективной и индивидуальной защиты от воздействия радиации, вопросами организации труда в условиях воздействия излучения, особенно при авариях на радиационно-опасных объектах (РОО) с выбросом радиоактивных веществ в окружающую природную среду.

Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) показал, что не только специалисты, но и население для своей безопасности обязано знать о вредном воздействии ИИ,о способах защиты и правилах поведения при нахождении на зараженной местности РВ.

1. ОСНОВНЫЕ ОПАСНОСТИ ПРИ АВАРИЯХ НА РАДИАЦИОННО-ОПАСНЫХ ОБЪЕКТАХ

Действие ионизирующий радиации на живой организм интересовало мировую науку с момента открытия и первых шагов применения радиоактивного излучения. В конце 1920-х гг. была создана Международная комиссия по радиационной защите (МКРЗ), которая разрабатывала и разрабатывает правила работы с радиоактивными веществами. Научный комитет ООН изучает широкий спектр вопросов, связанных с ИИ, особенно сейчас, когда сфера практического применения энергии ядра в мирных целях весьма и весьма обширна, это:

- энергетика − атомные электростанции, транспортные установки с ядерным «горючим» (паровозы, пароходы, ледоколы, подводные лодки, самолеты и т.д.), прямое превращение энергии излучения в электрическую (атомные элементы, батареи и т.д.);

- «меченые атомы» для научного исследования и практического использования в биологии и с/х, медицине, химии и химической промышленности, металлургии, автоматике и телемеханике, в геологической разведке при определении возраста пород;

- ионизирующие излучения для научного исследования и практических целей − дефектоскопия, медицина, стерилизация, химия и химическая промышленность, геологическая разведка, автоматика и телемеханика, светящиеся составы и т.д. Радиация по своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушить клетки, повредить ткани и органы и явиться причиной скорой гибели организма. Однако нельзя все вышеназванные области применения ядерной энергии отнести к радиационно-опасным объектам.

Что же такое радиационно-опасные объекты? Радиационно-опасные объекты− это предприятия, при аварии на которых или при разрушении которых могут произойти массовые радиационные поражения людей, животных, растений и радиоактивное заражение окружающей природной среды. К ним относятся:

1. 
   Предприятия ядерного топливного цикла − урановая промышленность, радиохимическая промышленность, ядерные реакторы разных типов, предприятия по переработке ядерного топлива и захоронению радиоактивных отходов.
   
2. 
   Научно-исследовательские и проектные организации, имеющие ядерные установки и стенды.
   
3. 
   Транспортные ядерные энергетические установки.
   
4. 
   Военные объекты.
   

Таблица 1

Классификация РОО

Признаки потенциальной опасности	Типовые объекты	Степени потенци-альной опасности	Характер аварий по масштабам последствий
Заражение РВ ОПС Радиационные поражения людей, животных, растений	АЭС, НИИ с ядерными установками (реакторами и стендами)	1-я степень 2-я степень	Локальная, местная, территори-альная, федеральная, трансгра-ничная
Время действия поражающих факторов	Защитные мероприятия и способы защиты	Меры профилактики (предупреждения)
От нескольких секунд до десятков сотен лет	Радиационная разведка Оценка радиационной обстановки Локализация источника заражения Оповещение персонала и населения Йодная профилактика населения Использование ЗС ГО и СИЗ Использование противорадиационных препаратов Использование защитных свойств зданий, техники, домов, квартир и т.д. Эвакуация населения из зоны заражения Проведение дозиметрического контроля	Совершенствование противоаварийной защиты Повышение надёжности оборудования Соблюдение правил эксплуатации оборудования

Радиационная авария − потеря управления источником ионизирующего излучения, вызванная неисправностью оборудования, неправильными действиями работников (персонала), стихийными бедствиями или иными причинами, которые могли привести или привели к облучению людей выше установленных норм или радиоактивному загрязнению окружающей среды.

Радиоактивное загрязнение − присутствие радиоактивных веществ на поверхности, внутри материала, в воздухе, в теле человека или в другом месте в количестве, превышающем установленные нормы.

Потенциальная опасность названных предприятий определяется количеством РВ, которое может поступить в окружавшую природную среду в результате аварий на них. Этот показатель, в свою очередь, зависит от мощности ядерной установки. Так, средняя мощность одной установки АЭС составляет примерно 800 МВт, а научно-исследовательских организаций − на несколько порядков меньше. На основании этого такие объекты по степени их опасности можно условно разделить на две группы: АЭС и НИИ с ядерными установками и стендами. Аварии на них классифицируются как по возможным масштабам последствий, так и по нормам эксплуатации (проектные, проектные с наибольшими последствиями, запроектные).

Согласно последней оценке МАГАТЭ, в 2009 г. мощность АЭС будет составлять 900-1000 ГВт, а активность отходов этой промышленности во всём мире к этому времени достигнет примерно 10¹² кюри. Для сравнения укажем, что активность стронция-90, накопившегося в атмосфере в результате испытания ядерного оружия, составляет около 10⁷ кюри.

При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую природную среду (ОПС) очень невелики, и это количество выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: зависит не только от типа реактора и не только от разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и от двух разных реакторов одной конструкции.

В процессе работы АЭС образуются различные отходы, которые по своему агрегатному состоянию могут быть жидкими, твердыми и газообразными, а в зависимости от масштаба производства или использования РВ их активность может варьироваться в очень широких пределах − от нескольких милликюри до десятков и тысяч кюри.

Отработавшее ядерное топливо АЭС с реакторами типа РБМК, ЭГП и АМБ хранится непосредственно на станциях. Увеличение количества отработанного ядерного топлива (ОЯТ) и сохраняющаяся тенденция к его постоянному росту на площадках АЭС, в том числе в непосредственной близости от крупных населенных пунктов, снижает уровень ядерной безопасности. Как видим, АЭС является не только источником энергии, но и «фабрикой» изотопов. Это продукты деления урана и продукты, искусственно полученные в результате воздействия мощных потоков нейтронов на стабильные элементы конструкции реактора, − всего около 200 радионуклидов.

На всех этапах использования ядерной энергии, начиная с получения ядерного топлива, эксплуатации реактора, переработки радиоактивных отходов и заканчивая их захоронением и применением метода «меченых атомов», человек подвергается воздействию радиации.

Чтобы правильно представить себе, что происходит в организме под воздействием излучения, рассмотрим кратко процессы взаимодействия излучения с веществом.

Ионизирующее излучение (ИИ)− излучение, которое создается при радиоактивном распаде, ядерных превращениях, торможении заряженных частиц в веществе и образует при взаимодействии со средойионыразных знаков.

Итак, возникающие в процессе радиоактивного распада или при осуществлении ядерных реакций излучения, проходя через вещество, взаимодействует с атомами и молекулами среды, передавая им свою энергию.

В зависимости от вида излучения процессы взаимодействия с веществом протекают по-разному. Поэтому целесообразно кратко рассмотреть взаимодействие с веществом заряженных частиц (альфа - и бета-частицы), а также нейтронов и гамма-квантов.

Альфа-частицыпредставляют собой поток положительно заряженных частиц − ядер атомов гелия. Альфа-частица состоит из двух протонов и двух нейтронов, поэтому ядро атома любого химического элемента, испуская такую частицу, превращается в ядро атома другого химического элемента, имеющего заряд на две, а массовое число на четыре единицы меньше, чем исходное ядро. Так, например, из плутония-239 при таком превращении образуется уран-235. Начальная скорость альфа-частиц достигает 10-20 тыс. км/с. Обладая большой энергией и зарядом, альфа-частица при столкновении с атомами среды ионизирует их. Например, в воздухе одна альфа-частица образует около 30−40 тыс. пар ионов на 1 см пути. Вследствие большой ионизирующей способности пробег альфа-частицы очень мал: в воздухе ее пробег составляет несколько сантиметров, а в жидких и твердых веществах − несколько микрон. Растратив всю свою энергию на ионизацию среды, альфа-частицы присоединяют свободные электроны и превращаются в атомы гелия. Поражающее действие альфа-частиц связано с ионизацией ими атомов биологической ткани. Однако опасность от альфа-частиц возникает только при попадании альфа-радиоактивных веществ внутрь организма. Внешнее облучение альфа-частицами не представляет опасности, поскольку они легко поглощаются одеждой и верхним слоем кожи.

Бета-частицы− это поток быстрых электронов или позитронов. Соответственно этому различают электронный бета-распад (распад с испусканием электрона) и позитронный бета-распад (распад с испусканием позитрона). При электронном бета-распаде происходит превращение одного из нейтронов ядра в протон, поэтому вновь образованное ядро имеет атомный номер на единицу больше по сравнению с исходным ядром, а массовое число его остается прежним. Например, естественный радиоактивный изотоп висмут-83 превращается в изотоп с атомным номером 84 и тем же массовым числом 209, т.е. в полоний-84. При позитронном бэта-распаде происходит превращение одного из протонов ядра в нейтрон и, следовательно, атомный номер этого ядра уменьшается на единицу, а массовое число остается без изменения. Следует отметить, что позитронный бета-распад встречается очень редко и только у искусственных радиоактивных изотопов.

Скорость движения бета-частиц колеблется в очень широких пределах и может приближаться к скорости света. Бета-частицы так же, как и альфа-частицы, ионизируют атомы среды, но их ионизирующая способность в сотни раз меньше ионизирующей способности альфа-частиц. Поэтому бета-частицы проходят в среде значительно больший путь: в воздухе − несколько метров, в твердых телах − несколько миллиметров. Бета-излучение почти наполовину ослабляется летней одеждой.

Гамма-излучение в процессе прохождения через вещество взаимодействует с электронами атомов, электрическим полем ядра, а также с протонами и нейтронами, входящими в состав ядра. При всех процессах взаимодействия гамма-излучения с веществом часть энергии излучения преобразуется в кинетическую энергию электронов, которые, проходя через вещество, производят ионизацию.

Альфа- и бета- частицы, гамма-излучение, нейтроны, протоны, ядра отдачи, многозарядные ионы, которые принято называть проникающим или ионизирующим излучением, при прохождении через вещество расходуют свою энергию в основном на ионизацию и возбуждение. Известно, что время жизни ионизированных и возбужденных атомов ничтожно мало, порядка 10⁻⁶ с. В простых веществах в процессе рекомбинации (воссоединение положительных и отрицательных ионов) образуются молекулы исходного вещества, т.е. в результате ионизация не вызывает изменения химического состава вещества.

Если же происходит ионизация или возбуждение сложных молекул, то это приведет либо к разрушению молекулы, либо к образованию химически свободных радикалов с ненасыщенными валентностями; последние могут инициировать ряд химических реакций, вследствие чего возникают новые химические соединения. В биологических объектах образование свободных радикалов или распад молекул приводят к изменению биохимических процессов в организме. Известно, что 2/3 общего состава ткани человека составляют вода и углерод; вода под воздействием излучения расщепляется на водород и гидроксильную группу ОН⁻, которые либо непосредственно, либо через цепь вторичных превращений образуют продукты с высокой химической активностью: гидратный окисел НО₂, перекись водорода Н₂О₂. Эти соединения взаимодействуют с молекулами органического вещества ткани, окисляя и разрушая ее, т.е. нарушается нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ в организме.

Рентгеновское и гамма-излучение прежде всех других видов ИИ нашли практическое применение, особенно в биологии и медицине. В то же время исторически наиболее ранним и хорошо разработанным методом регистрации излучения является ионизационный, широко используемый и сейчас. В связи с этим предпринимались попытки установить такие единицы измерения излучения, которые позволили бы связать ионизационный эффект с поглощенной энергией излучения. В 1928 г. в качестве такой единицы был принят рентген(р). Однако это создавало ряд неудобств, так как рентген был введен для оценки поглощенной энергии только для рентгеновского и гамма-излучения и не учитывал другие виды ИИ в воздухе и радиационный эффект в других средах. Это потребовало пересмотра ранее существовавшей терминологии и введения рада− новой единицы поглощенной дозы, являющейся универсальной для всех видов излучения и однозначно связанной с радиационными эффектами, возникающими под воздействием излучения.

Ввиду того, что ионизационные методы измерения до настоящего времени широко используются на практике и многочисленная дозиметрическая аппаратура отградуирована в рентгенах, эта единица не исключена из арсенала метрологических единиц. Поэтому в ГОСТе наряду с единицей рад осталась единица рентген.

Сейчас для характеристики дозы по эффекту ионизации применяется так называемая экспозиционная доза рентгеновского и гамма-излучений.

1 Кл/кг = 3,876*10³р. Мощность дозы измеряется в системеСИединицейампер на килограмм- А/кг; внесистемная единица -рентген в секунду- р/с 1 А/кг = 3,376*10³р/с.

Однако изменения, происходящие в облучаемом объекте под воздействием различного рода излучений, больше всего зависят от поглощенной энергии. Поэтому наиболее удобной характеристикой излучения, определяющей степень его воздействия на организм, является поглощенная энергия излучения.

На 7-м Международном конгрессе радиологов (Копенгаген, 1953 г.) энергию любого вида излучения, поглощенную 1 г вещества, было рекомендовано называть поглощенной дозой, а единицу поглощенной дозы − радом (рад).

В системе СИ за единицу поглощенной дозы излучения принят джоуль на килограмм − Дж/кг.

Связь между единицами - 1Гр = 1 Дж/кг = 100 рад = 10⁴эрг/г. Мощность поглощенной дозы - скорость изменения поглощенной дозы в единицу времени рад/с: Гр/с - Дж/кг*с; 1 Гр/с – 10²рад/с.

Соотношение между поглощенной дозой и экспозиционной дозой для воздуха имеет вид Д = 0,87 Д_п; для мышечной ткани Д = 0,93 Д_п.

Таким образом, измерив ионизацию в воздухе в условиях электронного равновесия, мы можем судить о поглощенной энергии в биологической ткани, но не можем оценить радиационную опасность хронического облучения разными видами ИИ, так как различные виды ИИ оказывают различное биологическое действие при одной и той же поглощенной дозе.

В 1959 г. Международная комиссия по радиологическим единицам (МКРЕ) рекомендовала использовать коэффициент относительной биологической эффективности(ОБЭ) как в радиологии, так и в радиационной защите.Коэффициент ОБЭ доказывает, во сколько раз данный вид излучения оказывает более сильное биологическое действие, чем рентгеновское и гамма-излучение, при одинаковой поглощенной энергии 1 г ткани, т. е. коэффициент ОБЭ служит для сопоставления биологического действия разных видов ИИ с рентгеновским и гамма-излучением.

Коэффициент ОБЭ зависит от вида и энергии ИИ, величины дозы, при которой сравнивается биологическая эффективность, от времени облучения, характера воздействия излучения (однократное острое или многократное хроническое облучение), от вида ткани (органа), используемого для оценки биологического эффекта, от температуры, содержания кислорода, щелочности среды и др.

В настоящее время коэффициент ОБЭ рекомендуют использовать только при сравнительных исследованиях действия различных видов ИИ в радиобиологии, а при расчете защиты рекомендуют коэффициент качества (КК),коэффициент распределения(КР) и взвешивающие коэффициенты(ВК). Поэтому для оценки радиационной опасности хронического облучения различных видов ИИ вводится понятие эквивалентная доза.

За единицу измерения эквивалентной дозы принят биологический эквивалент рада (бэр), в системе СИ используется зиверт (Зв).

Соотношение между единицами − 1 Зв = 100 бэр = 1Гр.

Соотношения между предельно допустимой мощностью эквивалентной дозы, мощностью поглощенной дозы и взвешивающим коэффициентом без учета коэффициента распределения (КР) представлены в табл. 2.

Таблица 2

Изменения, происходящие в организме под воздействием радиации, могут проявиться в виде клинических эффектов, либо через сравнительно короткий промежуток времени после облучения (часы, дни) -острые лучевые поражения, либо через длительный промежуток времени (годы или даже десятилетия) − так называемые отдаленные последствия. Кроме того, под воздействием ИИ в организме может произойти нарушение структурных элементов, ответственных за наследственность. Причем в большинстве случаев эти изменения, будучи безвредными для данного индивидуума, могут оказаться опасными для последующих поколений. Поэтому при оценке опасности от облучения, которому могут подвергаться отдельные контингенты людей и популяция в целом, радиационные эффекты принято дифференцировать на соматические и генетические(детерминированные и стохастические эффекты).

Для острых лучевых поражений характерно наличие связи между дозой облучения и реакцией организма. Причем острые лучевые поражения имеют порог, т.е. они проявляются после превышения некоторой дозы облучения (ниже порога эффект отсутствует, а выше − тяжесть эффекта зависит от дозы).

Так, накопленный к настоящему времени большой материал, полученный путем экспериментирования на животных, а также путем обобщения многочисленных данных о состоянии здоровья рентгенологов, радиологов и других лиц, которые подвергались воздействию радиации, показывает, что при однократном облучении всего тела в дозе до 0,25 Зв (25 бэр) НЕЛЬЗЯ ОБНАРУЖИТЬкаких-либо изменений в состоянии здоровья человека. Не наблюдается также изменений крови, которая прежде всего реагирует на лучевое воздействие. При однократном облучении всего тела в дозе 0,25−0,5 Зв (25-50 бэр)ТОЖЕ ОТСУТСТВУЮТвнешние признаки лучевого поражения. Однако могут наблюдаться временные изменения в крови, которые быстро нормализуются.

Облучение в дозе 0,5−1 Зв (50-100 бэр) вызывает чувство усталости без серьезной потери трудоспособности: менее чем у 10 % облученных может появиться рвота, наблюдаются умеренные изменения в составе крови. Вскоре состояние здоровья нормализуется.

В случае однократного облучения в дозах больше 1 Зв (100 бэр) возникают различные формы острой лучевой болезни. Так, при облучении в дозе 1−2 Зв (100-200 бэр) наблюдается легкая форма лучевой болезни. Скрытый период продолжается 3−5 недель, после чего появляются недомогание, общая слабость, тошнота, головокружение, повышение температуры. В 30−50 % случаев может наблюдаться рвота в первые сутки после облучения. После выздоровления трудоспособность людей, как правило, сохраняется. Смертельные исходы отсутствуют.

Лучевая болезнь средней степени тяжести возникает при облучении в дозе 2−4 Зв (200−400 бэр). Почти у всех облученных в первые сутки после воздействия наблюдается тошнота и рвота (2−3 суток). Затем наступает скрытый период, длящийся 15−20 суток. Резко снижается содержание лейкоцитов, появляются подкожные кровоизлияния. В 20 % случаев возможен смертельный исход, который наступает через 2-6 недель после облучения.

При облучении в дозе 4−6 Зв (400-600 бэр) развивается тяжелая форма лучевой болезни. Первичная реакция резко выражена. Скрытый период составляет 5−10 суток. Болезнь протекает интенсивно и тяжело. В течение месяца после облучения смертельный исход возможен у 50 % облученных.

Крайне тяжелая форма острой лучевой болезни наблюдается после воздействия излучения в дозе свыше 6 Зв (600 бэр). Через 2−4 ч после облучения появляется рвота. В крови почти полностью исчезают лейкоциты, появляются множественные подкожные кровотечения, кровавый понос. Смертность − 100 %. Причиной смерти чаще всего являются инфекционные заболевания и кровоизлияния.

Приведенные данные о последствиях облучения относятся к случаю без терапевтического вмешательства. В настоящее время имеется ряд противолучевых препаратов, которые позволяют значительно, в 8-10 раз, ослабить воздействие излучения, и накоплен опыт комплексного лечения лучевой болезни.

Как отмечалось выше, под воздействием радиации могут быть повреждены генетические структуры, в результате чего неблагоприятные последствия облучения могут проявиться в последующих поколениях. Генетические эффекты будут наблюдаться только в том случае, если поврежденный ген соединится с геном, имеющим такое же повреждение. Поэтому вероятность появления генетических эффектов, обусловленных радиацией, зависит не только от дозы облучения, но и от количества лиц всей популяции, которые подвергаются облучению.

Кроме того, ионизирующие излучения вызывают вредные биологические эффекты (злокачественные опухоли, лейкозы, наследственные болезни), не имеющие дозового порога (беспороговые) возникновения (так называемыестохастические эффектыизлучения), вероятность появления которых пропорциональна дозе облучения и для которых тяжесть проявления не зависит от дозы.

Степень поражения организма зависит не только от дозы облучения, длительности облучения, но и от размера облучаемой поверхности: с уменьшением облучаемой поверхности уменьшается и биологический эффект. Кроме того, он зависит от степени чувствительности различных органов и тканей.

Так, например, смертельные поглощенные дозы я для головы − 20 Зв, нижней части живота − 30 Зв, верхней части живота − 50 Зв, грудной клетки − 100 Зв и для конечности − 200 Зв.

Индивидуальные особенности организма человека проявляются лишь при небольших поглощенных дозах. Чем человек моложе, тем выше его чувствительность к облучению; особенно высока она у детей, взрослый человек в возрасте 25 лет и старше наиболее устойчив к облучению.

Итак, мы с вами рассмотрели, какую опасность представляют ИИ при внешнем облучении организма, но оно ОПАСНО и при попадании РВ внутрь организма, в результате чего происходит внутреннее облучение органов и тканей человека.

При попадании РВ внутрь организма поражающее действие оказывают в основном альфа-источники, а затем бета - и гамма-источники, т.е. в обратной наружному облучению последовательности. Наибольшей токсичностью обладают альфа-излучающие радионуклиды: гамма = 1, бета = 100, а альфа в 1000 раз токсичнее гамма-излучения.

РВ могут попасть внутрь организма при вдыхании воздуха, зараженного радиоактивными элементами, с зараженной пищей или водой и через кожу, а также при заражении открытых ран. Опасность радиоактивных элементов, попавших тем или иным путем в организм человека, тем больше, чем выше их активность.

Активность радиоактивного изотопа определяется числом атомов, распадающихся в единицу времени. Единицей активности является кюри, это внесистемная единица.

Кюри − это такое количество РВ, в котором происходит 37 миллиардов распадов атомов за 1 с.

Чем больше период полураспада радиоактивного изотопа, тем больше весомое количество РВ соответствует 1 кюри. Например, одному кюри равен 1 г радия-226 (Т_1/2= 1590 лет), или 1 мг кобальта-60 (Т_1/2= 5 лет), или 570 кг урана-235 (Т_1/2= 880 миллионов лет), или 16 г плутония-239 (Т_1/2= 24 тыс. лет).

Активность в ряде случаев измеряют в милликюри /мКи/ − 10⁻³кюри) и микрокюри /мкКи/ − 10⁻⁶ кюри. В системе СИ за единицу активности принят беккерель.

Беккерелъ/Бк/ − это количество РВ, в котором происходит 1 расп./с. Таким образом, 1 кюри = 3,7* 10¹⁰Бк.

Степень опасности зависит также от скорости выведения вещества из организма. Если радионуклиды, попавшие внутрь организма, однотипны с элементами, которые потребляются человеком с нищей (натрий, хлор, калий и др.), то они не задерживаются на длительное время в организме, а выделяются вместе с ними.

Инертные радиоактивные газы (аргон, ксенон, криптон и др.), попавшие через легкие в кровь, не являются соединениями, входящими в состав ткани. Поэтому они со временем полностью удаляются из организма.

Некоторые РВ, попадая в организм, распределяются в нем более или менее равномерно, другие концентрируются в отдельных внутренних органах. Так, в костных тканях отлагаются источники альфа-излучения - радий, уран, плутоний; бета-излучения - стронций и иттрий; гамма-излучения - цирконий. Эти элементы, химически связанные с костной тканью, очень трудно выводятся из организма. Продолжительное время удерживаются в организме также элементы с большим атомным номером (полоний, уран и др.) Элементы, образующие в организме легкорастворимые соли и накапливаемые в мягких тканях, легко удаляются из организма.

Как видим, характер токсического действия РВ на организм человека определяется:

• 
  количеством РВ, попавших в организм;
  
• 
  видом и энергией ионизирующего излучения;
  
• 
  временем полураспада радиоизотопов;
  
• 
  физико-химическим состоянием радионуклида;
  
• 
  путями проникновения радионуклида в организм.
  

Итак, ионизация и возбуждение атомов и молекул ткани человека обусловливают специфику поражающего действия ионизирующего излучения. Такими особенностями биологического действия ИИ являются:

1. 
   Действие ИИ на организм не ощущается человеком. У людей отсутствует орган чувств, который бы воспринимал ИИ. Поэтому человек может проглотить, вдохнуть РВ без всяких первичных ощущений.
   
2. 
   Видимые поражения кожного покрова, недомогание, характерные для лучевого заболевания, проявляются не сразу, а спустя некоторое время.
   
3. 
   Суммирование доз происходит скрытно: если в организм человека систематически будут попадать РВ, то со временем дозы суммируются, что неизбежно приводит к лучевым заболеваниям.
   

Биосфера Земли постоянно подвергается действию ионизирующего излучения, в том числе космического: альфа-, бета- и гамма- излучения многочисленных радионуклидов, рассеянных в земных породах, воде подземных источников, рек, морей и океанов, в воздухе, а также входящих в состав живых организмов. Совокупность этих видов ионизирующего излучения получила название природного или естественного радиационного фона.

Космическое излучение было открыто в 1912 г. австрийским физиком Гессом, установившем, что ионизация воздуха на большой высоте превышает таковую над уровнем моря. Он предположил, что причиной этого являются лучи внеземного происхождения. Космическое излучение представляет собой поток элементарных частиц очень высокой энергии (10¹⁰− 10²⁰эв и выше), попадающих па Землю из мирового пространства. В атмосфере Земли эти частицы (Первичное комическое излучение − ПКИ), взаимодействуя с ядрами её атомов, в столкновениях с ними теряют свою большую энергию и порождают новую группу элементарных частиц, также обладающих высокой энергией и скоростью (Вторичное космическое излучение − ВКИ).

ПКИ в основном состоит из быстрых протонов, альфа-частиц и небольшого количества ядер углерода, азота, кислорода и более тяжёлых ядер. За пределами земной атмосферы в его состав входят также электроны, нейтроны и, возможно, гамма-лучи. Значительная часть этих частиц задерживается атмосферой и не достигает земной поверхности. Высокоэнергетичные частицы ПКИ, проникая в верхние слои атмосферы, воздействуют на ядра атомов составляющих её элементов, вызывая ядерные реакции с образованием таких радионуклидов, как тритий, бериллий-7, 10, натрий-22, 23. При этих реакциях возникают высокоэнергетичные протоны, пионы и каоны, в свою очередь вызывающие ядерные реакции. Нейтроны, теряя свою энергию, частично захватываются атомами азота воздуха, образуя радиоактивный изотоп углерод-14. Потоки этих частиц образуют так называемые космические ливни, составляющие вторичное космическое излучение, проникающие уже в нижние слои атмосферы и облучающие биосферу.

ВКИ состоит из мягкой (позитроны, фотоны) и жёсткой (м.п. - мезоны) компонент. Мощность ВКИ у земной поверхности неравномерна: чем выше она расположена над уровнем моря, тем меньше слои экранирующей атмосферы и соответственно выше мощность ВКИ. Это явление получило название барометрического эффекта.

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 экваторные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы (из которых в основном и состоят космические лучи).

Люди, живущие на уровне моря, получают в среднем из-за космических лучей эффективную эквивалентную дозу около 300 микрозивертов (миллионных долей зиверта) в год − мкЗв/г; для людей же, живущих выше 2000 м над уровнем моря, эта величина в несколько раз больше. Ещё более интенсивному, хотя и относительно непродолжительному облучению, подвергаются экипажи и пассажиры самолётов. При перелёте из Нью-Йорка в Париж пассажир турбореактивного самолёта получает дозу около 50 мкЗв, а пассажир сверхзвукового самолёта на 20% меньше, хотя подвергается более интенсивному облучению. Это объясняется тем, что во втором случае перелёт занимает гораздо меньше времени. Всего за счёт использования воздушного транспорта человечество получает в год коллективную эффективную эквивалентную дозу около 2000 чел-3в.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивны семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 − долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения. Разумеется, уровни земной радиации неодинаковы для разных мест земного шара и зависят от концентрации радионуклидов в том или ином участке земной коры.

Так, согласно исследованиям, проведенным во Франции, ФРГ, Италии, Японии и США, примерно 95% населения этих стран живет в местах, где мощность дозы облучения в среднем составляет от 0,3 до 0,6 миллизиверта (тысячных зиверта) в год - мЗв/г. Но некоторые группы населения получают значительно большие дозы облучения; около 3% получает в среднем 1 мЗв/г, а около 1,5%, более 1,5 мЗв/г.

Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации намного выше. Неподалеку от города Посус-ди-Калв в Бразилии, расположенного в 200 км к северу от Сан-Паулу, есть небольшая возвышенность. Как оказалось, здесь уровень радиации в 800 раз превосходит средний и достигает 250 мЗв/г. По каким-то причинам возвышенность оказалась необитаемой. Однако лишь чуть меньшие уровни радиации были зарегистрированы на морском курорте, расположенном в 600 км к востоку от этой возвышенности. Известны и другие места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например во Франции, Индии, Иране, Нигерии, на Мадагаскаре. По подсчетам НКДАР, средняя эффективная эквивалентная доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет примерно 350 микрозивертов, т. е. чуть больше средней индивидуальной дозы облучения из-за радиационного фона, создаваемого космическими лучами на уровне моря.

В среднем мощность дозы внутри зданий на 18 % больше, чем снаружи, а в некоторых случаях эта разница может достигать 50 %. Внутри помещений человек проводит три четверти своей жизни. Человек, постоянно находящийся в помещении, построенном из гранита, может получить 240−400 мрад/год, из пемзового камня – 300 мрад/год, из красного кирпича − 140−180 мрад/год, из бетона − 100−180 мрад/год, из известняка – 40 мрад/год, из алебастра – 30 мрад/год, из дерева – 30 мрад/год.

Учитывая это обстоятельство, некоторые страны стремятся регламентировать использование различных строительных материалов. Предлагается, например, строить здания так, чтобы внутри их мощность дозы не превышала 80−230 мрад/год. Большую опасность представляет радон, выделяемый при распаде урана и являющийся причиной рака легких. При хорошейизоляции здания и ограниченной вентиляции, связанных с требованиями экономии тепловой энергии, содержание радона в помещении может превысить допустимый уровень в десятки раз.

Особое значение имеет эта проблема в северных странах. В Швеции, например, тысячи зданий строятся из бетона с наполнителем из сланца с небольшим содержанием урана. Использование такого строительного материала является причиной 200−1000 случаев рака легких в год. Это большое число, если учесть, что в целом по стране фиксируется 2000 заболеваний раком легких в год.

Опасность представляют и некоторые промышленные отходы, используемые в строительстве. Например, гипс, получаемый в качестве побочного продукта в процессе производства фосфорной кислоты, имеет концентрацию радия в 10−1000 раз большую, чем природный гипс.

Источник радиации – ТЭЦ. Значительное количество радиоактивных веществ выбрасывается в атмосферу ТЭЦ, работающими на каменном угле. За последние 80 лет содержание радия в ледниках, расположенных в 150 км от одного из крупных промышленных центров, увеличилщсь в 50 раз.

ТЭЦ, вырабатывая энергию, сжигает уголь, остаётся шлак и зола. Много золы. Экибастузская ГРЭС-1, например, за один год только в воздух выбрасывает 1 млн 281 тыс. тонн золы, 177 тыс. тонн сернистого ангидрида, 48 тыс. тонн окислов азота. Леса, луга, вода, почва вокруг оказались загрязнёнными на площади 5 тыс. км². Трава хрустит на зубах, стачивая зубы у коров и овец за 2−3 года. Подсчитано, что работа ГРЭС наносит ущерб природе на такую же сумму, сколько стоит топливо, а иногда и больше. 70 млн тонн пыли и ядовитых газов выбрасывается ежегодно в небо страны тепловыми электростанциями.

Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. При сжигании угля большая часть его минеральных компонентов спекается в шлак или золу, куда в основном и попадают радиоактивные вещества. Большая часть золы и шлаки остаются на дне топки электросиловой станции. Количество этой пыли зависит от отношения к проблемам загрязнения окружающей среды и от средств, вкладываемых в сооружение очистных устройств. Облака, извергаемые трубами тепловых электростанций, приводят к дополнительному облучению людей, а оседая на землю, частички могут вновь вернуться в воздух в составе пыли. Например, тепловая станция, работающая на угле, выбрасывает около 9 тыс. тонн золы в год, содержащей около 1,8*10⁵− 3,7*10⁶Бк/т естественных радионуклидов, что создаёт дозу облучения людей на год, превышающую в 100−1000 раз полученную дозу от АЭС такой же мощности.

Согласно текущим оценкам, производство каждого гигаватт-года электроэнергии обходится человечеству в 2 чел-Зв ожидаемой коллективной эффективной эквивалентной дозы облучения. На приготовление пищи и отопление жилых домов расходуется меньше угля, но зато больше зольной пыли летит в воздух в пересчёте на единицу топлива. Кроме того, в отличие от электростанций, жилые дома обычно расположены в центре населённых пунктов, поэтому гораздо большая часть загрязнений попадает непосредственно на людей. До последнего времени на это обстоятельство почти не обращали внимания, но по весьма предварительной оценке из-за сжигания угля для приготовления пищи и отопления жилищ во всём мире в 1979 г. ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза облучения населения выросла на 100 000 чел-Зв. Не много известно о вкладе в облучение населения от зольной пыли, собираемой очистными устройствами. Все это приводит к увеличению радиационного облучения, но сведений по этим вопросам публикуется крайне мало.

Дерево, кирпич, бетон выделяют небольшое количество газа, а гранит и железо − значительно больше. Очень радиоактивны глиноземы. Относительно высокой радиоактивностью обладают некоторые отходы промышленности, используемые в строительстве, например, кирпич из красной глины (отходы производства алюминия), доменный шлак (в черной металлургии), зольная пыль (образуется при сжигании угля).

Другими источниками поступления радона в жилые помещения являются вода и природный газ. Надо помнить, что в сырой воде его намного больше, а при кипячении радон улетучивается, поэтому основную опасность представляет собой его попадание в легкие с парами воды. Чаще всего это происходит в ванной комнате при приеме горячего душа.

Точно такую же опасность радон представляет, смешиваясь под землей с природным газом, который при сжигании в кухонных плитах, отопительных и других нагревательных приборах попадает в помещение. Концентрация его сильно увеличивается при отсутствии хороших вытяжных систем. Также источником поступления радона в атмосферу являются геотермальные воды.

Некоторые страны эксплуатируют подземные резервуары пара и горячей воды для производства электроэнергии и отопления домов; один такой источник вращает турбины электростанции в Лардерелло в Италии с начала XX в. Измерения эмиссии радона на этой и еще на двух, значительно более мелких, электростанциях в Италии показали, что на каждый гигаватт-год вырабатываемой ими электроэнергии приходится ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза 6 чел-Зв, т. е. в три раза больше аналогичной дозы облучения от электростанций, работающих на угле. Радон на 50−60% формирует годовую дозу облучения, получаемую человеком от естественных источников радиации.

Источник радиации − фосфорные удобрения. Добыча фосфатов ведется во многих местах земного шара; используются главным образом для производства удобрений, которых в 1977 г. во всем мире было получено около 30 млн т. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи и переработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны, и содержащиеся в них радиоизотопы проникают из почвы в пищевые культуры. Радиоактивное загрязнение в этом случае бывает обыкновенно незначительным, но возрастает, если удобрения вносят в землю в жидком виде или если содержащие фосфаты вещества скармливают скоту. Такие вещества действительно широко используются в качестве кормовых добавок, что может привести к значительном повышению содержания радиоактивности в молоке. Все эти аспекты применения фосфатов дают за год ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу, равную примерно 6000 чел-Зв, в то время как соответствующая доза из-за применения фосфогипса, полученного только в 1977 г., составляет около 300 000 чел-Зв.

Источники радиации − бытовые приборы и материалы. Есть источники радиоактивности, которые малоизвестны населению, но не менее опасны. Это радиоактивные материалы, которые человек использует в повседневной деятельности. В состав красок для печати банковских чеков включают радиоактивный углерод, обеспечивающий легкую идентификацию подделанных документов. Для получения красивой краски или желтой эмали на керамике или драгоценностях применяется уран. Уран и торий используют при производстве стекла. Искусственные зубы из фарфора усиливаются ураном и церием. При этом излучение на прилегающие к зубам слизистые оболочки может достичь 66 бэр/год, тогда как годовая норма для всего организма не должна превышать 0,5 бэр. Экран телевизора излучает на человека 2−3 мрад/год, столько же излучает и компьютер при нормальной работе на нём, т.е. не более 2−3 часов в смену, используя защитный экран и защитные очки, и не ближе 50 см от светящегося экрана (монитора).

Пару лет тому назад обследовали работниц одного из российских банков. Они пересчитывали доллары, которые использовались в операции по выявлению криминальных структур. Банкноты были избыточно помечены радиоактивными изотопами. Работницы банка попали под локальное (на руки) облучение, но не очень большое. Однако трое из них получили радиационные ожоги второй (средней) степени тяжести пальцев рук.

Таким источником радиоактивного излучения является производственное оборудование, имеющее радиоактивные изотопы или генераторы рентгеновского излучения. Это датчики толщины, уровня, вискозиметры и другие приборы гаммаграфии. В них обычно используется кобальт-60 или иридий-192. Промышленные источники имеют активность от нескольких до 300 Ки. Так, аппарат для гаммаграфии имеет источник из кобальта-60 на 300 Ки, при этом на расстоянии в 10 м мощность эквивалентной дозы составляет 3,8 бэр/час. Когда аппарат работает, необходимо удалять всех людей из зоны радиусом 120 м, однако это правило часто не соблюдается, особенно на верфях, что приводит к тяжелым заболеваниям.

Число промышленных установок с источниками радиоактивного излучения всё время увеличивается. Сам источник представляет собой предмет, соизмеримый с монетой, так что его легко утерять, а это может привести к тяжелым последствиям.

В Мехико один ребёнок нашёл источник кобальта-60 на 5 Ки и спрятал его в ящик кухонного буфета. За 6 месяцев скончалось 4 члена семьи. В 1978 г. в Алжире двое детей взяли для игры источник иридия-192 на 17 Ки, который их бабушка принесла домой. За время менее 2 месяцев облучилось 20 человек, из которых 7 человек тяжело. В 1979 г. один рабочий поднял на верфи небольшой предмет, похожий на авторучку, сунул его в карман брюк и носил в течение 7 часов. На следующий день было обнаружено, что из аппарата для гаммаграфии, имеющего неисправное устройство обеспечения безопасности, исчез источник излучения с активностью 100 Ки. Рабочий возвратил найденный им предмет, оказавшийся источником излучения. Однако через некоторое время ему пришлось ампутировать обе ноги.

В РФ в 2008 г. в Первоуральске Свердловской области два дефектоскописта проверяли герметичность газопровода. При завершении работы радиоактивный источник иридий-192 из-за сбоя механизма не вернулся в свинцовый контейнер, а остался снаружи и выпал на землю. Один из рабочих, забыв про правила, схватил его пальцами. Точная доза общего облучения не известна. Пальцы пришлось ампутировать.

Случаи облучения дефектоскопистов были и раньше: в Нижнем Новгороде, Самаре, Башкирии, на Урале и в других регионах страны. Только за последние 5 лет был зарегистрирован 21 случай острого радиационного поражения людей − работников не атомной промышленности.

Транспортировка производится в условиях оптимальной безопасности, обеспечиваемой использованием регламентированной упаковки. Ассортимент перевозимых радиоактивных материалов очень широк. Он включает в себя радиоактивные изотопы, применяемые в медицине и являющиеся наиболее многочисленными, а также различные продукты, связанные с ядерной энергетикой, − обогащенный уран, гексафторид урана, свежее и отработавшее топливо, плутоний, отходы.

Способы транспортировки варьируются в зависимости от физической природы материала (твердый, жидкий, газообразный) и вида излучения (α, β, γ, нейтронное). Радиоизотопы медицинского применения перевозятся в малых количествах, по многим адресам и срочно. Ядерное топливо перевозится в значительных количествах в очень тяжелой упаковке (примерно 100 т упаковки на 5 т топлива).

Например, упаковка типа В предназначена для сохранения радиоактивных материалов в очень тяжелых условиях.

Упаковка должна учитывать характер деления перевозимого материала, чтобы не допустить образования критической массы и создания условий для цепной реакции.

Для перевозки менее опасных материалов используется упаковка типа А, которая при серьезных авариях может быть разрушена. В такой упаковке чаще всего транспортируются изотопы медицинского применения. Но опасность их транспортировки намного ниже опасности транспортировки других материалов, используемых в промышленности. Так, перевозка плутония в 10 тыс. раз менее опасна перевозки хлора.

Как ни парадоксально, но одним из основных способов борьбы с раком является лучевая терапия. Понятно, что индивидуальные дозы, получаемые разными людьми, сильно варьируют − от нуля (у тех, кто ни разу не проходил даже рентгенологического обследования) до многих тысяч среднегодовых «естественных» доз (у пациентов, которые лечатся от рака). Однако надежной информации, на основании которой НКДАР ООН мог бы оценить дозы, получаемые населением Земли, слишком мало. Неизвестно, сколько человек ежегодно подвергается облучению в медицинских целях, какие дозы они получают и какие органы и ткани при этом облучаются. В принципе облучение в медицине направлено на исцеление больного. Однако нередко дозы оказываются неоправданно высокими: их можно было бы существенно уменьшить без снижения эффективности, причем польза от такого уменьшения была бы весьма существенна, поскольку дозы, получаемые от облучения в медицинских целях, составляют значительную часть суммарной дозы облучения от техногенных источников. Наиболее распространенным видом излучения, применяющимся в диагностических целях, являются рентгеновские лучи. Согласно данным по развитым странам, на каждую 1000 жителей приходится от 300 до 900 обследований в год, это не считая рентгенологических обследований массовой флюорографии. В любом случае пациент получает минимальную дозу при обследовании. Так, при рентгенографии зубов − 0,03 3в (3 бэр), при рентгеноскопии желудка − столько же. При флюорографии − 3,7 3в (370 бэр). Со времени открытия рентгеновских лучей самым значительным достижением в разработке методов рентгенодиагностики стала компьютерная томография. Этот метод находит всё более широкое применение. Его применение при обследовании почек позволило уменьшить дозы облучения кожи в 5 раз, яичников − в 25 раз, семенников − в 50 раз по сравнению с обычными методами. Подводя итоги, можно сказать, что все источники радиации можно условно разделить на 2 вида:

- космические лучи.

Радиационный фон, создаваемый космическими лучами, дает чуть меньше половины внешнего облучения, получаемого населением от естественных источников радиации. Космические лучи в основном приходят к нам из глубин Вселенной, но некоторая их часть рождается на Солнце во время вспышек. Они взаимодействуют с атмосферой Земли, порождая вторичное излучение и приводя к образованию различных радионуклидов;

- земная радиация.

Основные радиоактивные изотопы, встречающиеся в горных породах Земли, − это калий-40, рубидий-87 и члены двух радиоактивных семейств, берущих начало соответственно от урана-238 и тория-232 − долгоживущих изотопов, включившихся в состав Земли с самого ее рождения.

Средняя эффективная эквивалентная доза, которую человек получает за год от земных источников радиации, составляет примерно 350 мкЗв.

- ядерные взрывы,

- урановая промышленность,

- радиохимическая промышленность,

- ядерные реакторы разных типов,

- места переработки и захоронения радиоактивных отходов,

- использование радионуклидов в науке, медицине, экономике и т. д. Далее рассмотрим изотопы наиболее опасные для человека и его потомства.