Файл: ЧС и радбез. Курс лекций 2014.pdf

ричными. Первичное галактическое излучение представляет собой поток частиц, падающих в земную атмосферу и идущих из глубины космоса со скоростью света. Оно состоит из протонов (около 92%) и альфа-частиц (примерно 6%). В небольших количествах (около 2%) в них присутствуют ядра легких элементов (Li, Be, B, C, N, O, F), электроны, нейтроны и фотоны. Энергия такого излучения огромна и колеблется в диапазоне от 1 до 1012 ГэВ, что в миллиард раз превышает уровень энергий, достигнутых на самых современных ускорителях. При энергиях свыше 103 МэВ плотность потока протонов падает. При энергиях меньше 103 МэВ состав первичного галактического излучения сильно меняется. На него воздействует магнитное поле Земли, которое отклоняет низкоэнергетическое излучение обратно в космическое пространство. Первичное галактическое излучение в результате взаимодействия с атомами элементов атмосферы почти полностью исчезает на высоте 20 км.

Вторичное галактическое излучение имеет гораздо более слож-

ный состав и состоит практически из всех известных в настоящее время элементарных частиц. Оно образуется в результате ядерных взаимодействий между первичным излучением с ядрами атомов, входящих в состав земной атмосферы. Каждая частица из первичного излучения благодаря высокой энергии вызывает целый каскад частиц, которые, в свою очередь, взаимодействуя с ядрами, вызывают ряд следующих ядерных превращений. У поверхности Земли вторичное излучение состоит в основном из фотонов, электронов, позитронов, других ядерных частиц, а также небольшой доли нейтронов. Нейтронная компонента возникает в результате расщепления ядер высокоэнергетическими частицами. Состав и интенсивность вторичного галактического излучения зависят от высоты над уровнем моря, географической широты и изменяются во времени в соответствии с 11-летним циклом солнечной активности. Максимальная интенсивность вторичного галактического излучения наблюдается на высоте 20–25 км. На высотах свыше 40–45 км преобладает первичное излучение.

В результате взаимодействия первичного и вторичного излучений с ядрами элементов атмосферы образуются так называемые

космогенные радионуклиды. К ним относятся: 31 H , 104 Be, 146 C , 2211 Na ,

2411 Na , 1635S, 1736 Cl, 1739 Cl и другие.

Солнечное излучение образуется во время солнечных вспышек, характеризуется относительно низкой энергией (40–50 МэВ) и не приводит к существенному увеличению дозы внешнего облучения на

93

поверхности Земли. Однако в верхних слоях атмосферы мощность поглощенной дозы может на очень короткое время увеличиваться в 100 и более раз.

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 экваториальные области, из-за наличия у Земли магнитного поля, отклоняющего заряженные частицы, из которых в основном и состоят космические излучения. Учитывая состав и энергию излучения у поверхности Земли, коэффициент его качества принято считать 1,1. Основными космогенными радионуклидами – ис-

точниками внешнего излучения – являются 104 Ве, 2211 Na , 2411 Na . Сред-

няя суммарная эквивалентная доза внешнего излучения, создаваемая всеми компонентами космического излучения на уровне моря, в год составляет 0,32 мЗв. На высоте 4–5 км величина этой дозы уже 5 мЗв/год, а на высоте 20 км достигает 13 мЗв/ч.

При орбитальных полетах космонавты подвергаются сравнительно небольшому облучению – 0,05 мЗв/сут. И для таких полетов не требуется специальной защиты.

Приводимые выше числа относятся к дозам внешнего облучения, доза за счет внутреннего облучения, формируемая космогенными радионуклидами, невелика, и из более чем 20 таких элементов заметный

вклад в дозу вносят лишь два: тритий 31 Н и изотоп углерода 146 С.

Тритий с периодом полураспада 12,3 года в основном входит в состав молекулы воды и в этом виде участвует в круговороте воды в природе. Радиоактивный углерод (Т1/2 = 5730 лет) используется в так называемом радионуклидном анализе.

Суммарная мощность эквивалентной дозы, получаемой от космического излучения, составляет примерно 0,33 мЗв/год, для населения нашей республики доза составляет 0,37 мЗв/год.

6.1.2. Излучения земного происхождения. Основными источни-

ками излучения земного происхождения являются радионуклиды, присутствующие в различных природных средах и объектах окружающей среды с момента образования Земли. К ним относятся две группы естественных радионуклидов: первая – это радионуклиды урано-

радиевого и ториевого семейств, которые берут свое начало от 23892 U и 23290Th (всего 82 радионуклида), вторая – это 11 долгоживущих радионуклидов, находящихся вне этих семейств ( 4019 K , 2048 Ca , 8737 Rb , 9640 Zr ,

94

11549 In , 13857 La , 14258 Ce , 14460 Nd , 14762Sm , 17871 Lu , 18775 Re ), относящихся к эле-

ментам середины таблицы Менделеева.

Из второй группы радионуклидов 4019 K играет заметную роль в

облучении человека. Его период полураспада равен 1,3 109 лет. В природном калии содержится 0,01% радиоактивного вещества, и это соотношение постоянно везде, где бы калий ни встречался. Смесь изотопов калия входит в состав мышечной ткани.

Поверхностная активность 4019 K в почве на уровне корневой системы растений (слой толщиной 20 см) – 300 Бк/м2. Удельная активность 4019 K в овощах и фруктах и других продуктах питания составляет

80–150 Бк/кг.

Внешнее гамма-облучение человека от указанных выше естественных радионуклидов обусловлено их присутствием в различных природных средах (почве, приземном воздухе, гидросфере, биосфере).

Мощность дозы, обусловленная внешним облучением за счет радионуклидов земного происхождения, составляет приблизительно 0,38 мЗв/год. Однако эта величина может существенно колебаться в зависимости от регионов Земли.

Некоторые группы населения получают в среднем 1 мЗв/год, а около 1,5% – более 1,4 мЗв/год. Есть, однако, такие места, где уровни земной радиации значительно выше. В ряде мест Бразилии, главным образом в прибрежных полосах земли, мощность дозы излучения из почвы и скальных пород составляет 5 мЗв/год. Приблизительно 30 тыс. человек непрерывно подвергаются такому уровню облучения. В индийских штатах Керала и Мадрас прибрежная зона длиной 200 км и шириной в несколько сотен метров известна как область интенсивного излучения, в результате чего 100 тыс. человек получают дозу, в среднем равную 13 мЗв/год. В Иране, например в городе Рамсер, где бьют ключи, богатые радием, были зарегистрированы уровни радиации до 400 мЗв/год. Известны места на земном шаре с высоким уровнем радиации, например, во Франции, в Нигерии, на Мадагаскаре.

Наиболее весомый вклад в общую дозу облучения вносит радон. Радон является продуктом распада урана ( 22286 Rn ) и тория ( 22086 Rn ).

Уран и торий можно обнаружить в незначительных количествах в любой почве, камнях, воде, где они находятся чаще всего в пассивном состоянии. В отличие от урана и тория, радон проникает в воздух при высвобождении из земной коры повсеместно.

95

Другими источниками поступления радона являются вода и природный газ. При кипячении воды и при сжигании газа его концентрация в воздухе закрытых помещений увеличивается.

Основная опасность радона исходит не от питья воды (если вода кипяченая, то радон практически улетучивается), а при попадании в легкие водяных паров с высоким содержанием этого газа (душ, мокрая парная и т. п.).

В природный газ, в воду, радон попадает под землей. Радон имеет период полураспада 3,8 сут; он в 7 раз тяжелее воздуха, поэтому при высвобождении из земной коры он накапливается в подвалах и первых этажах зданий.

Радон попадает в организм человека с вдыхаемым воздухом, но максимальную дозу человек получает, находясь в закрытом помещении нижних этажей зданий. Радон, являясь альфа-активным радионуклидом, представляет опасность для человека только при внутреннем облучении, попадая в организм через дыхательные пути и поражая легочную ткань. Допустимая норма содержания радона составляет 100 Бк/м3 воздуха.

Эквивалентная доза внутреннего облучения человека за счет естественных радионуклидов, попадающих ворганизмчеловекасвоздухом, пищей и

водой, в основном формируется следующими радионуклидами: 4019 K, 146 С,

8737 Rb , 21684 Po , 22888 Ra , атакже 22286 Rn и 22086 Rn , иоцениваетсяв1,5 мЗв.

В соответствии с приведенными данными (табл. 7), для населения Земли в целом принято, что среднегодовая эффективная эквивалентная доза облучения человека составляет 2,2 мЗв.

Таблица 7

Годовая эквивалентная доза, получаемая населением от естественных источников для районов с нормальным уровнем радиации

6.2.Технологически измененный естественный

иискусственный радиационный фон

Рассмотренные выше источники радиоактивного излучения сформировались в течение эволюции Земли, и их распределение хотя и неоднородно в окружающей среде, но и в основном постоянно для каждого конкретного региона. В процессе жизнедеятельности человека возможно перераспределение этих источников в природе и формирование технологически измененного естественного радиационного фона, когда их концентрация может многократно возрастать и представлять опасность целым группам населения.

Одним из существенных источников, созданных практической деятельностью человека, является индустрия строительных материалов. Привлечение для их изготовления отходов различных промышленных производств привело в ряде случаев к увеличению радиационного фона в зданиях. Традиционные строительные материалы – дерево, кирпич, бетон – обладают сравнительно низкой активностью.

Принято считать, что вклад в годовую эквивалентную дозу за счет строительных материалов в среднем для населения Земли составляет 0,1–1,5 мЗв на человека. Наименьшие дозы получает население, проживающее в деревянных домах – 0,5 мЗв/год, в кирпичных – 1 мЗв/год и в бетонных – 1,7 мЗв/год.

Как правило, основным источником активности строительных материалов являются радионуклиды земного происхождения. Наличие в строительных материалах урана и тория приводит к выделению радона внутри здания, и его концентрации в закрытых помещениях, как правило, в 8–10 раз выше, чем на открытом воздухе. Несоблюдение правил радиационной безопасности в некоторых странах, широко использующих различные отходы промышленности в строительстве, привело к тому, что в некоторых случаях в помещениях обнаружена концентрация радона, в тысячи раз превышающая среднюю концентрацию на открытом воздухе.

Для уменьшения воздействия радона предусматривается дифференцированный подход к использованию строительных материалов.

Установлены следующие допустимые уровни удельной активности Аm в строительных материалах:

– при Аm менее 370 Бк/кг стройматериалы используются без ограничения;

97

–при Аm = 370–740 Бк/кг материалы можно использовать только в дорожном строительстве на территории населенных пунктов и в зонах перспективной застройки;

–при Аm = 740–1350 Бк/кг стройматериалы допускается использовать в дорожном строительстве за пределами населенных пунктов;

–при Аm = 1350–4000 Бк/кг вопрос об использовании материалов решается по согласованию с санитарно-эпидемической службой Министерства здравоохранения Республики Беларусь;

–при Аm свыше 4000 Бк/кг использование стройматериалов запрещено.

Применение минеральных удобрений. Добыча фосфатов ведет-

ся во многих местах земного шара; они используются главным образом для производства удобрений. Большинство разрабатываемых в настоящее время фосфатных месторождений содержит уран, присутствующий там в довольно высокой концентрации. В процессе добычи

ипереработки руды выделяется радон, да и сами удобрения радиоактивны. 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 значительному повышению содержания радиоактивности в молоке.

Тепловая энергетика. Значительный вклад в повышение уровня облучения населения дает энергетика, особенно при использовании в качестве топлива каменного угля. Годовое его потребление составляет несколько миллиардов тонн. Из них 70% сжигается в топках тепло- и электростанций, 20% – в коксовых печах, а остальные 10% используются в целях отопления.

Уголь, подобно большинству других природных материалов, содержит ничтожные количества первичных радионуклидов. Последние, извлеченные вместе с углем из недр земли, после сжигания угля попадают в окружающую среду, где могут служить источником облучения людей.

Современная угольная станция мощностью 1 млн. кВт в течение года потребляет около 3 млн. т угля и выбрасывает в атмосферу около 165 тыс. т различных отходов, включая пыль, летучую золу, сернистые газы и т. д. Как результат действия тепло- и электростанций, на органическом топливе за последние 80 лет отмечено, что концентрация радия в поверхностном слое почвы увеличилась в 50 раз.

98