Радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них имеет ничтожную концентрацию или быстро распадается; основной вклад в облучение радиоактивные осадки содержат несколько сотен различных радионуклидов, однако большинство из них имеет ничтожную концентрацию или быстро распадается; основной вклад в облучение человека дает лишь небольшое число радионуклидов.
Вклад в ожидаемую коллективную эффективную эквивалентную дозу облучения населения от ядерных взрывов, превышающий 1%, дают только четыре радионуклида. Это углерод-14, цезий-137, цирконий-95 и стронций-90. Дозы облучения за счет этих и других радионуклидов различаются в разные периоды времени после взрыва, поскольку они распадаются с различной скоростью. Так, цирконий-95, период полураспада которого составляет 64 суток, уже не является источником облучения. Цезий-137 и стронций-90 имеют периоды полураспада 30 лет, поэтому они будут давать вклад в облучение приблизительно до конца этого века. И только углерод-14, у которого период полураспада равен 5730 годам, будет оставаться источником радиоактивного излучения (хотя и с низкой мощностью дозы) даже в отдаленном будущем.
На Северное полушарие, где проводилось большинство испытаний, выпала и большая часть радиоактивных осадков. Пастухи на Крайнем Севере получают дозы облучения от цезия-137, в 100-1000 раз превышающие среднюю индивидуальную дозу для остальной части населения (впрочем, они получают большие дозы и от естественных источников цезий накапливается в ягеле и по цепи питания попадает в организм человека).
Суммарная ожидаемая коллективная эффективная эквивалентная доза от всех ядерных взрывов в атмосфере, произведенных к настоящему времени, составляет 30 000 000 чел/Зв.
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
Источником облучения, вокруг которого ведутся наиболее интенсивные споры, и являются атомные электростанции, хотя в настоящее время они вносят весьма незначительный вклад в суммарное облучение населения. При нормальной работе ядерных установок выбросы радиоактивных материалов в окружающую среду очень невелики. К концу 1984 года в 26 странах работало 345 ядерных реакторов, вырабатывающих электроэнергию. Их мощность составляла 13% суммарной мощности всех источников электроэнергии и была равна 220 ГВт. До сих пор каждые 5 лет эта мощность удваивалась, однако, сохранится ли такой темп роста в будущем, неясно, оценки предполагаемой суммарной мощности атомных электростанций на конец века имеют постоянную тенденцию к снижению. Причины тому экономический спад, реализация мер по экономии электроэнергии, а также противодействие со стороны общественности. Согласно последней оценке МАГАТЭ (1983 г.), в 2000 году мощность атомных электростанций будет составлять 720-950 ГВт.
Атомные электростанции являются лишь частью ядерного топливного цикла, который начинается с добычи и обогащения урановой руды. Отработанное в АЭС ядерное топливо иногда подвергают вторичной обработке, чтобы извлечь из него уран и плутоний. Заканчивается цикл, как правило, захоронением радиоактивных отходов. На каждой стадии ядерного топливного цикла в окружающую среду попадают радиоактивные вещества.
Доза облучения от ядерного реактора зависит от времени и расстояния. Чем дальше человек живет от атомной электростанции, тем меньшую дозу он получает. Несмотря на это, наряду с АЭС, расположенными в отдаленных районах, имеются и такие, которые находятся недалеко от крупных населенных пунктов. Каждый реактор выбрасывает в окружающую среду целый ряд радионуклидов с разными периодами полураспада. Большинство радионуклидов распадается быстро и поэтому имеет лишь местное значение. Однако некоторые из них живут достаточно долго и могут распространяться по всему земному шару, а определенная часть изотопов остается в окружающей среде практически бесконечно. При этом различные радионуклиды также ведут себя по-разному: одни распространяются в окружающей среде быстро, другие чрезвычайно медленно.
Примерно половина всей урановой руды добывается открытым способом, а половина шахтным. Добытую руду везут на обогатительную фабрику, обычно расположенную неподалеку. И рудники, и обогатительные фабрики служат источником загрязнения окружающей среды радиоактивными веществами. Если рассматривать лишь непродолжительные периоды времени, то можно считать, что почти все загрязнение связано с местами добычи урановой руды.
Обогатительные же фабрики создают проблему долговременного загрязнения: в процессе переработки руды образуется огромное количество отходов-«хвостов». Вблизи действующих обогатительных фабрик (в основном в Северной Америке) уже скопилось 120 млн т отходов, и если положение не изменится, к концу века эта величина возрастет до 500 млн т. Эти отходы будут оставаться радиоактивными в течение миллионов лет, когда фабрика давно перестанет существовать.
Таким образом, отходы являются главным долгоживущим источником облучения населения, связанным с атомной энергетикой. Однако их вклад в облучение можно значительно уменьшить, если отвалы заасфальтировать или покрыть их полив инилхлоридом. Конечно, покрытие необходимо будет регулярно менять. Урановый концентрат, поступающий обогатительной фабрики, подвергается дальнейшей переработке и очистке и на специальных заводах превращается в ядерное топливо. В результате такой переработки образуются газообразные и жидкие радиоактивные отходы, однако дозы облучения от них намного меньше, чем на других стадиях ядерного топливного цикла. Теперь ядерное топливо готово к использованию в ядерном реакторе.
Существует пять основных типов энергетических реакторов:
1. водяные реакторы с водой под давлением (Pressurised Water Reactor, PWR),
2. водяные кипящие реакторы (Boiling Water Reactor, BWR), разработанные в США и наиболее распространенные в настоящее время;
3. реакторы с газовым охлаждением, разработанные и применяющиеся в Великобритании и Франции;
4. реакторы с тяжелой водой, широко распространенные в Канаде;
5. водо-графитовые канальные реакторы, которые эксплуатировались только в СССР.
Кроме реакторов этих пяти типов имеются также четыре реактора-размножителя на быстрых нейтронах, которые представляют собой ядерные реакторы нового поколения. Величина радиоактивных выбросов у разных реакторов колеблется в широких пределах: не только от одного типа реактора к другому и не только для разных конструкций реактора одного и того же типа, но также и для двух разных реакторов одной конструкции.
В последнее время наблюдается тенденция к уменьшению количества выбросов из ядерных реакторов, несмотря на увеличение мощности АЭС. Частично это связано с техническими усовершенствованиями, частично с введением более строгих мер по радиационной защите. В мировом масштабе примерно 10% использованного на АЭС ядерного топлива направляется на переработку для извлечения урана и плутония с целью повторного их использования.
Сейчас имеются лишь три завода, где занимаются такой переработкой в промышленном масштабе: в Маркуле и Ла-Aгe (Франция) и в Уиндскейле (Великобритания). Самым «чистым» является завод в Маркуле, на котором осуществляется особенно строгий контроль, поскольку его стоки попадают в реку Рону. Отходы двух других заводов попадают в море, причем завод в Уиндскейле является гораздо большим источником загрязнения, хотя основная часть радиоактивных материалов попадает в окружающую среду не при переработке, а в результате коррозии емкостей, в которых ядерное топливо хранится до переработки.
До сих пор мы совсем не касались проблем, связанных с последней стадией ядерного топливного цикла - захоронением высокоактивных отходов АЭС. Эти проблемы находятся в ведении правительств соответствующих стран. В некоторых странах ведутся исследования по отверждению отходов с целью последующего их захоронения в геологически стабильных районах на суше, на дне океана или в расположенных под ними пластах. Предполагается, что захороненные таким образом радиоактивные отходы не будут источником облучения населения в обозримом будущем.
Ядерный топливный цикл сопровождается также образованием большого количества долгоживущих радионуклидов, которые распространяются по всему земному шару. От долгоживущих радионуклидов все население Земли получает примерно такую же среднегодовую дозу облучения, как и население, живущее вблизи АЭС, от короткоживущих радионуклидов; при этом долгоживущие изотопы оказывают свое воздействие в течение гораздо более длительного времени 90% всей дозы население получит за время от тысячи до сотен миллионов лет после выброса.
ДРУГИЕ ИСТОЧНИКИ ОБЛУЧЕНИЯСледует отметить, что источником облучения являются и многие общеупотребительные предметы, содержащие радиоактивные вещества. Едва ли не самым распространенным источником облучения являются часы со светящимся циферблатом. Они дают годовую дозу, в 4 раза превышающую ту, что обусловлена утечками на АЭС. Такую же коллективную эффективную эквивалентную дозу получают работник предприятий атомной промышленности экипажи авиалайнеров. Обычно при изготовлении таких часов используют радий, что приводит к облучению всего организма, хотя на расстоянии 1 м от циферблата излучение в 1000 раз слабее, чем на растоянии 1 см. Сейчас пытаются заменить радий тритием или прометием-147, которые приводят к существенно меньшему облучению. К концу 70-х годов у населения Великобритании все еще находились в пользовании 80000 часов с циферблатом, содержащим радий. В 1967 году были опубликованы соответствующие международные стандарты, и, тем не менее, часы, выпущенные ранее, все еще находятся в употреблении.
Радиоактивные изотопы используются также в светящихся указателях входа-выхода, в компасах, телефонных дисках, прицелах и т. п.
В США продаются антистатические щетки для удаления пыли с пластинок и фотопринадлежностей, действие которых основано на испускании -частиц. В 1975 году Национальный совет Великобритании по радиационной защите сообщил, что при некоторых обстоятельствах они могут оказаться небезвредными.
Принцип действия многих детекторов дыма также основан на использовании -излучения. К концу 1980 года в США было установлено более 26 млн. таких детекторов, содержащих америций-241, однако при правильной эксплуатации они должны давать ничтожную дозу облучения. Радионуклиды применяют в дросселях флуоресцентных светильников и в других электроприборах и устройствах. В середине 70-х годов в одной только Западной Германии в эксплуатации находилось почти 100 млн. таких приборов, которые, впрочем, не приводят к заметному облучению, по крайней мере, если они исправны.
При изготовлении особо тонких оптических линз применяется торий, который может привести к существенному облучению хрусталика глаза.
Для придания блеска искусственным зубам широко используют уран, который может служить источником облучения тканей полости рта.
Радиоактивные вещества в этих случаях применяют с чисто эстетической целью, поэтому облучение здесь совершенно неоправданно. Источниками рентгеновского излучения являются цветные телевизоры, однако при правильной настройке и эксплуатации дозы облучения от современных их моделей ничтожны.
Рентгеновские аппараты для проверки багажа пассажиров в аэропортах также практически не вызывают облучения авиапассажиров. Тщательные обследования, проведенные в начале 70-х годов, показали, что во многих школах США и Канады использовались рентгеновские трубки, которые могли служить довольно мощным источником радиации, причем большинство учителей имели слабое представление о радиационной защите.
Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут «запустить» не до конца еще установленную цепь событий, приводящую к раку или к генетическим повреждениям. При больших дозах радиация может разрушать клетки, повреждать ткани органов и явиться причиной скорой гибели организма. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, обыкновенно проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания, однако, проявляются спустя много лет после облучения, как правило, не ранее чем через одно-два десятилетия. А врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждением генетического аппарата, по определению проявляются лишь в следующем или последующих поколениях: это дети, внуки и более отдаленные потомки индивидуума, подвергшегося облучению. В то время как идентификация быстро проявляющихся («острых») последствий от действия больших доз облучения не составляет труда, обнаружить отдаленные последствия от малых доз облучения почти всегда оказывается очень трудно. Частично это объясняется тем, что для их проявления должно пройти очень много времени. Но даже и обнаружив какие-то эффекты, требуется еще доказать, что они объясняются действием радиации, поскольку и рак, и повреждения генетического аппарата могут быть вызваны не только радиацией, но и множеством других причин.
Однако в то же самое время никакая доза облучения не приводит к этим последствиям во всех случаях. Даже при относительно больших дозах облучении далеко не все люди обречены на эти болезни: действующие в организме человека репарационные механизмы обычно ликвидируют все повреждения. Точно так же любой человек, подвергшийся действию радиации, совсем не обязательно должен заболеть раком или стать носителем наследственных болезней; однако вероятность, или риск, наступления таких последствий у него больше, чем у человека, который не был облучен. И риск этот тем больше, чем больше доза облучения.
ВЛИЯНИЕ РАДИАЦИИ НА ЧЕЛОВЕКАВообще говоря, радиация оказывает подобное действие, лишь начиная с некоторой минимальной, или «пороговой», дозы облучения. Большое количество сведений было получено при анализе результатов применения лучевой терапии для лечения рака. Многолетний опыт позволил медикам получить обширную информацию о реакции тканей человека на облучение. Эта реакция для разных органов и тканей оказалась неодинаковой, причем различие очень велики. Величина же дозы, определяющая тяжесть поражения организма, зависит от того, получает ли ее организм сразу или в несколько приемов. Большинство органов успевает в той или иной степени залечить радиационные повреждения и поэтому лучше переносят серию мелких доз, нежели ту же суммарную дозу облучения, полученную за один прием. Разумеется, если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибнет. Во всяком случае, очень большие дозы облучения порядка 100 Гр вызывают настолько серьезное поражения центральной нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней.
При дозах облучения от 10 до 50 Гр при облучении всего тела поражение ЦНС может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, скорее всего все равно умрет через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте. При еще меньших дозах может не произойти серьезных повреждений желудочно-кишечного тракта или организм с ними справится, и, тем не менее, смерть может наступить через один-два месяца с момента облучения главным образом из-за разрушения клеток красного костного мозга - главного компонента кроветворной системы организма; от дозы в 3-5 Гр при облучении всего тела умирает примерно половина всех облученных.
Таким образом, в этом диапазоне доз облучения большие дозы отличаются от меньших лишь тем, что смерть в первом случае наступает раньше, а во втором позже. Разумеется, чаще всего человек умирает в результате одновременного действия всех указанных последствий облучения. Исследования в этой области необходимы, поскольку полученные данные нужны для оценки последствий ядерной войны и действия больших доз облучения при авариях ядерных установок и устройств. Красный костный мозг и другие элементы кроветворной системы наиболее уязвимы при облучении и теряют способность нормально функционировать уже при дозах облучения 0,5-1 Гр. К счастью, они обладают также замечательной способностью к регенерации, и если доза облучения не настолько велика, чтобы вызвать повреждения всех клеток, кроветворная система может полностью восстановить свои функции.
Если же облучению подверглось не все тело, а какая-то его часть, то уцелевших клеток мозга бывает достаточно для полного возмещения поврежденных клеток. Репродуктивные органы и глаза также отличаются повышенной чувствительностью к облучению.
Наиболее уязвимой для радиации частью глаза является хрусталик. Погибшие клетки становятся непрозрачными, а разрастание помутневших участков приводит сначала к катаракте, а затем и к полной слепоте. Чем больше доза, тем больше потеря зрения. Помутневшие участки могут образоваться при дозах облучения 2 Гр и менее. Более тяжелая форма поражения глаза прогрессирующая катаракта наблюдается при дозах около 5 Гр. Показано, что даже связанное с рядом работ профессиональное облучение вредно для глаз: дозы от 0,5 до 2 Гр, полученные в течение 10-20 лет, приводят к увеличению плотности и помутнению хрусталика. Дети также крайне чувствительны к действию радиации.
Относительно небольшие дозы при облучении хрящевой ткани могут замедлить или вовсе остановить у них рост костей, что приводит к аномалиям развития скелета. Чем меньше возраст ребенка, тем сильнее подавляется рост костей. Суммарной дозы порядка 10 Гр, полученной в течение нескольких недель при ежедневном облучении, бывает достаточно, чтобы вызвать некоторые аномалии развития скелета. По-видимому, для такого действия радиации не существует никакого порогового эффекта.
Оказалось также, что облучение мозга ребенка при лучевой терапии может вызвать изменения в его характере, привести к потере памяти, а у человека способны выдерживать гораздо большие дозы. Крайне чувствителен к действию радиации и мозг плода, особенно если мать подвергается облучению между восьмой и пятнадцатой неделями беременности. В этот период у плода формируется кора головного мозга, и существует большой риск того, что в результате облучения матери (например, рентгеновскими лучами) родится умственно отсталый ребенок. Именно таким образом пострадали примерно 30 детей, облученных в период внутриутробного развития во время атомных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки.
Хотя индивидуальный риск при этом большой, а последствия доставляют особенно много страданий, число женщин, находящихся на этой стадии беременности, в любой момент времени составляет лишь небольшую часть всего населения. Это, однако, наиболее серьезный по своим последствиям эффект из всех известных эффектов облучения плода человека, хотя после облучения плодов и эмбрионов животных в период их внутриутробного развития было обнаружено немало других серьезных последствий, включая пороки развития, недоразвитость и летальный исход.
Большинство тканей взрослого человека относительно малочувствительны к действию радиации. Почки выдерживают суммарную дозу около 23 Гр, полученную в течение пяти недель, без особого для себя вреда, печень, по меньшей мере, 40 Гр за месяц, мочевой пузырь, по меньшей мере, 55 Гр за четыре недели, а зрелая хрящевая ткань до 70 Гр.
Легкие чрезвычайно сложный орган гораздо более уязвимы, а в кровеносных сосудах незначительные, но, возможно, существенные изменения могут происходить уже при относительно небольших дозах. Конечно, облучение в терапевтических дозах, как и всякое другое облучение, может вызвать заболевание раком в будущем или привести к неблагоприятным генетическим последствиям. Облучение в терапевтических дозах, однако, применяют обыкновенно для лечения рака, когда человек смертельно болен, а поскольку пациенты в среднем довольно пожилые люди, вероятность того, что они будут иметь детей, также относительно мала. Однако далеко не так просто оценить, насколько велик этот риск при гораздо меньших дозах облучения, которые люди получают в своей повседневной жизни и на работе, и на этот счет существуют самые разные мнения среди общественности.
МЕРЫ БОРЬБЫ С РАДИОАКТИВНЫМ ЗАГРЯЗНЕНИЕМНеобходимость разработки и внедрения стандартов радиационной защиты была понята еще в начале века.
В 1925 г. в качестве допустимой была предложена 1/10 часть дозы, вызывающей эритему (покраснение) почки за 30 суток.
В 1928 г. создана Международная комиссия по радиационной защите МКРЗ и опубликованы ее рекомендации.
В 1934 г. - первые официальные рекомендации МКРЗ для национальных комитетов, где в качестве толерантной (переносимый) была указана доза внешнего облучения 200 мР (~ 2 мГр) в сутки. По мере накопления данных и расширения масштабов использования ионизирующего излучения термин "толерантная доза" был заменен на "предельно-допустимая доза" (ПДД), а норматив снижен до 50 мР (~ 0,5 мГр)/сут.
Цель радиационной защиты по определению МКРЗ - обеспечить защиту от иониизирующего облучения отдельных лиц, их потомства и человечества в целом и создать условия для необходимой практической деятельности человека.
При этом МКРЗ полагает, что необходимый для зашиты человека уровень безопасности будет достаточен для защиты других компонентов биосферы, в частности, флоры и фауны. К этому положению следует относиться с известной долей осторожности, т.к. сведений по радиоэкологии еще сравнительно немного, а дозы облучения многих биообъектов много больше доз, которые получает человек.
В настоящее время НКРЗ сформулированы следующие принципы радиационной безопасности:
1. Не превышать установленного основного дозового предела. В качестве основного дозового предела устанавливается:
Предельно-допустимая доза - наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при котором равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья работающих изменений, обнаруживаемых современными методами.
Этот предел устанавливается для лиц - профессионально связанных с работой в условиях возможного облучения - лиц категории А (персонал по НРБ);
Предел дозы - наибольшее среднее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год у критической группы лиц, при котором равномерное облучение в течение 70 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.
Этот предел устанавливается для ограниченной части населения (категория Б по НРБ), т.е. для лиц, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений, но по условиям работы и проживания могут быть подвержены облучению.
Критическая группа, по которой определяется уровень облучения лиц категории Б, определяется из условия максимально возможного радиационного воздействия.
2. Исключить всякое необоснованное облучение.
3. Снижать дозы облучения до возможно низкого уровня.
Эти принципы исходят из принятой беспороговой концепции действия ионизирующих излучений. Поэтому любое дополнительное облучение, даже самое небольшое, увеличивает риск образования стохастических эффектов.
Полностью исключить облучение, хотя бы из-за наличия естественного фона, невозможно. Сам же естественный фон неравномерен (0,8 - 3 мЗв). Кроме того, нельзя избежать облучения от диагностических процедур, строительных материалов и т.п.
В связи с тем, что различные органы тела имеют различную чувствительность к ионизирующему излучению, их разбивают на 3 группы критических органов, облучение которых в условиях неравномерного облучения может причинить максимальный ущерб.
АНАЛИЗ
В настоящей работе мы рассмотрели источники радиации естественного и искусственного происхождения. В частности, были рассмотрены источники внешнего (космические лучи и источники радиации земного происхождения) и внутреннего (загрязненная пища, вода и воздух) облучения. Особое внимание было уделено радону - радиоактивному газу, который вносит самый большой вклад в среднюю дозу облучения населения из всех источников естественной радиации.
Среди источников искусственного происхождения рассмотрены атомные электростанции, ядерные взрывы, источники радиации, используемые в медицине, радиоэлектронных приборах и некоторых предметах быта.
Проведенный обзор свидетельствует о том, что в последнее время доля радиоактивного загрязнения возрастает за счет техногенных факторов - в основном из-за интенсификации ядерных испытаний и развития атомной энергетики, увеличения количества радиоактивных отходов.
Обострение проблемы радиоактивного загрязнения вынуждает человека, с одной стороны, более детально изучать влияние радиации на организмы, искать новые методы лечения болезней, вызванных радиацией, а, с другой стороны, более серьезно подходить к вопросу разработки и соблюдения мер радиационной безопасности. Эти два аспекта также были рассмотрены в настоящей работе.
ВЫВОДЫ
Таким образом, радиоактивные вещества занимают особое место среди загрязняющих окружающую среду агентов.
Радиоактивный фон нашей планеты складывается из четырех основных компонентов:
- излучения от космических источников;
- излучения от рассеянных в окружающей среде первичных радионуклидов;
- излучения от естественных радионуклидов, поступающих в окружающую среду от производств, непредназначенных непосредственно для их получения;
- излучения от искусственных радионуклидов, образованных при ядерных взрывах и вследствие поступления отходов от ядерного топливного цикла и других предприятий, использующих искусственные радионуклиды.
Все живые организмы на Земле являются объектами воздействия ионизирующих излучений. Воздействие ионизирующего излучения на живой организм называется облучением. Результатом облучения являются физико-химические и биологические изменения в организмах.
В настоящее время антропогенное воздействие на окружающую среду становится настолько значительным, что представляет опасность для благополучного существования всего человечества. Да и техногенные опасности выросли до размеров крупных проблем цивилизации. Поэтому одной из задач становится обучение технических специалистов принципам обеспечения безопасности индустрии, энергетики, в частности, с целью предотвращения тяжелых технических аварий и экологических катастроф. Важным также является строгое соблюдение принципов радиационной безопасности:
1. Не превышать установленного основного дозового предела;
2. Исключить всякое необоснованное облучение;
3. Снижать дозы облучения до возможно низкого уровня.
Страницы: 1, 2
