4.2. Ионизирующие излучения

Радиация имеет естественное и техногенное происхождение. Чтобы оценить уровень опасности, которую может представлять радиация, рассмотрим свойства ионизирующих излучений и механизмы взаимодействия их с веществом.

Самопроизвольное превращение неустойчивых атомных ядер в ядра другого типа, сопровождающееся испусканием частиц или гамма-квантов, называется радиоактивностью.

Испускаемые в процессе ядерных превращений альфа- и бета-частицы, нейтроны и другие элементарные частицы, а также гамма-излучение, представляют собой ионизирующие излучения, которые в процессе взаимодействия со средой производят ионизацию и возбуждение ее атомов и молекул. На каждый акт ионизации и возбуждения в воздухе в среднем расходуется 34—35 эВ энергии.

Заряженные частицы по мере прохождения через вещество теряют свою энергию малыми порциями, растрачивая ее на ионизацию и возбуждение атомов и молекул среды. Оба эти процесса всегда сопутствуют друг другу. Чем больше масса и заряд частицы, тем более интенсивно происходит передача энергии среде, т.е. тем больше число пар ионов образуется на единице пути, и, следовательно, меньше ее пробег в веществе. 

Что же касается бета-частиц (электронов и позитронов), заряд которых в два раза, а масса более чем в 7000 раз меньше, чем у альфа-частицы, то их пробег в воздухе примерно в 1000 раз больше.

Несколько по-иному происходит взаимодействие с веществом гамма-излучения (поток фотонов) и нейтронов, которые не обладают зарядами и поэтому непосредственно ионизации не производят. В процессе прохождения через вещество фотон взаимодействует в основном с электронами атомов и молекул среды. Фотон придает электрону часть или всю свою энергию. В результате образуются   вторичные электроны, которые в последующих процессах взаимодействия производят ионизацию и возбуждение. Таким образом, в случае гамма-излучения ионизация происходит не в первичных актах взаимодействия, как у альфа- и бета-частиц, а как результат передачи энергии вторичным частицам (электронам), которые растрачивают ее затем на ионизацию и возбуждение.

Виды ионизирующих излучений и их проникающая способность

 

В радиационной безопасности применяются следующие дозиметрические величины.

Поглощенная доза рассчитывается по формуле

где dEсредняя энергия, переданная ионизирующим излучением веществу, находящемуся в элементарном объеме; dm— масса вещества в этом объеме.

Эквивалентная доза рассчитывается по формуле

HT, R = DT, RWR,

где DT, Rсредняя поглощенная доза в органе или ткани; WR  — взвешивающий коэффициент для данного вида излучения.

Эффективная эквивалентная доза рассчитывается по формуле

где НT, Rэквивалентная доза в органе или ткани Т; WTвзвешивающий коэффициент для органа или ткани Т, который характеризует относительный риск на единицу дозы по выходу отдаленных последствий при облучении данного органа по отношению к облучению всего тела.

Подробнее см. в пп. 5.1.8 учебника.

Естественные источники излучения можно подразделить на следующие составляющие: внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение); источники земного происхождения (естественные радионуклиды).

Из космического пространства земную атмосферу непрерывно атакует поток ядерных частиц очень высоких энергий (примерно 90% протонов и около 10% альфа-частиц). У вторичного космического излучения у поверхности Земли (до высоты порядка 25 км) доза внешнего облучения обусловлена в основном гамма-излучением.

С удалением от поверхности Земли интенсивность космического излучения возрастает.

Уровни космического излучения на различных высотах

К основным естественным радионуклидам, излучение которых формирует природный радиационный фон, относятся:238U,235U и232Th, а также один из продуктов распада238U радон (226Ra).

Внешнее облучение обусловлено радионуклидами, содержащимися в почве и горных породах, внутреннее  — радионуклидами, содержащимися в воздухе, воде и продуктах питания.

Эквивалентная доза, обусловленная излучением радионуклидов и космическим излучением, составляет около 1 мЗв/год для регионов, где проживает примерно 95% населения Земли.

К техногенным источникам ионизирующих излучений относят совокупность факторов, обусловленных реализацией широкомасштабных программ использования атомной энергии в мирных и военных целях.

Наибольшую опасность при работе предприятий ядерно-топливного цикла представляют радионуклиды, имеющие большой период полураспада и способные быстро распространяться в окружающей среде. К таким в первую очередь относятся129I и226Ra, который выделяется из хвостов руд.

Из отходов АЭС наибольшую опасность представляют высокоактивные отходы, к которым относятся в первую очередь отработанные топливные элементы или отвержденные продукты переработки ядерного горючего. Для них характерна высокая удельная активность и высокое тепловыделение.

Опасность от отходов АЭС

Для указанных радионуклидов получены глобальные оценки для населения Земли, в соответствии с которыми суммарная доза оценивается на уровне 3400 чел.-Зв/ГВт в год. При этом вклад каждого радионуклида составляет:

— радон из хвостохранилищ заводов — 2800 чел.-Зв/ГВт;

— углерод — 14—110 чел.-Зв/ГВт;

— высокоактивные отходы — 30 чел.-Зв/ГВт;

— иод — 129—28 чел.-Зв/ГВт.

Приведенные международные оценки свидетельствуют, что дозы облучения каждого индивидуума в течение жизни не превысят 1% годовой дозы за счет естественного радиационного фона. Это справедливо в условиях предполагаемого производства электроэнергии на АЭС порядка 10 000 ГВт в год при безаварийной эксплуатации.

К другим основным источникам, оказывающим влияние на изменение техногенной составляющей радиационного фона, условно можно отнести следующие источники: облучение при применении медицинских процедур, радиоизотопных методов неразрушающего технологического контроля и другие причины попадания в окружающую среду искусственных и естественных радионуклидов.

Средние значения годовой дозы облучения от некоторых техногенных источников излучения

Техногенный источник
излучения

Доза, мкЗв/год

Медицинские процедуры

400—700 (для России — 1500)

ТЭС (в радиусе 20 км)

5,3

АЭС (в радиусе 10 км)

1,36

Радиоактивные осадки (главным образом последствия испытаний атомного оружия в атмосфере)

75—200

Телевизоры, дисплеи

4—5 при L = 2 м

Керамика, стекло

10

При медицинских процедурах основную дозу облучения население получает при рентгеновских исследованиях. Получаемая при их проведении эффективная эквивалентная доза (~1,5 мЗв) выше, чем при проведении иных диагностических методов медицинского обследования с использованием радиоизотопных методов (соответственно 90—95 и 10—15%).

Уровень радиоактивности в жилом помещении зависит от строительных материалов: в кирпичном, железобетонном, шлакоблочном доме он всегда несколько выше, чем в деревянном. Газовая плита приносит в дом не только токсичные газы, но и радиоактивные газы (радон). Поэтому уровень радиоактивности на кухне может существенно превосходить фоновый при работающей газовой плите.

Содержание радона в разных помещениях

 

В закрытом, непроветриваемом помещении человек может подвергаться воздействию радона, который непрерывно высвобождается из земной коры. Поступая через фундамент, пол, из воды или иным путем, радон накапливается в изолированном помещении. 

Источники поступления радона в здания

Концентрация радона на верхних этажах зданий обычно ниже, чем на первом этаже. Избавиться от избытка радона можно проветриванием помещения.

Дозовые пороги возникновения некоторых детерминированных эффектов облучения

Состояние

Дозовые пороги

при кратковременном облучении, Зв

при хроническом многолетнем
облучении, Зв/год

Легкое угнетение кроветворения (легкая лейкоцитопения, нарушение иммунитета)

0,15

0,40

Временная стерильность мужчин

0,15

0,40

Постоянная стерильность мужчин

3,5—6,00

2,00

Постоянная стерильность женщин

2,5—6,00

0,2 (до суммарной дозы > 6,00 Зв)

Помутнение хрусталика глаза с ухудшением зрения (катаракта)

5,00

0,15 (до суммарной дозы > 8,00 Зв)

 

Различные формы лучевой болезни развиваются при поглощенных дозах выше 1 Гр. Причиной смерти чаще всего являются поражение клеток костного мозга и внутреннее кровоизлияние.

Дозы, вызывающие острые лучевые поражения человека

Лучевое поражение

Доза, Гр

Легкая степень острой лучевой болезни

1—2

Тяжелая лучевая болезнь, гибель — в 50% случаев

4—6

Кишечная форма лучевой болезни

> 10

Нервная форма лучевой болезни

> 80

Местные поражения:

 

эритема кожи (первичная, вторичная)

8—10

пузырьки, трофические язвы

12—20

 

В случае систематически повторяющегося облучения в дозах, не вызывающих острой лучевой болезни, но значительно больших предельно допустимых, может развиваться хроническая лучевая болезнь.

Согласно установленным радиобиологическим данным, реакция организма на облучение может проявиться и в отдаленные сроки (через 10—20 лет). Такими реакциями могут явиться лейкозы, злокачественные опухоли органов и тканей, катаракты, поражения кожи, старение, ведущее к преждевременной смерти, не связанное с какой-либо определенной причиной.

Вероятность заболевания раком после получения однократной дозы в 0,01 Гр

Размышляем самостоятельно!
Источники ионизирующих излучений какого происхождения оказывают наибольшую опасность для организма человека?

Подробнее см. в пп. 5.1.8 учебника.

Последнее изменение: понедельник, 5 Сентябрь 2016, 12:03