Загальні відомості
Радіоактивне випромінювання буває трьох типів: альфа-, бета-і гамма-випромінювання.
Альфа-випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями, має високу іонізуючої та малою проникаючою здатністю (наприклад, поглинається шаром алюмінію товщиною приблизно 0,05 мм.). Ця потік ядер гелію.
Бета-випромінювання відхиляється електричним і магнітним полями. Його іонізуюча здатність значно менше (приблизно на два порядки), а поглинаюча, набагато більше (поглинається шаром алюмінію товщиною приблизно 2 мм), ніж у альфа-часток. Це потік електронів або позитронів. Коефіцієнт поглинання бета-випромінювання, яке сильно розсіюється в речовині, залежить не тільки від властивостей речовини, але і від розмірів і форми тіла, на яке падає бета-випромінювання.
Гамма-випромінювання не відхиляється електричним і магнітним полями, володіє відносно слабкою іонізуючої здатністю і дуже велику проникаючу здатність (наприклад, проходить через шар свинцю товщиною 5 см). При проходженні через кристалічна речовина спостерігається дифракція гамма-випромінювання. Гамма-випромінювання - це короткохвильове електромагнітне випромінювання з надзвичайно малою довжиною хвилі - менше 10 ^ -10 м. Багато радіоактивні процеси супроводжуються випромінюванням гамма-квантів.
У початковий період дослідження радіоактивного випромінювання доводилося мати справу з проникаючим рентгенівським випромінюванням, що розповсюджується в повітрі. Тому в якості кількісної міри випромінювання багато років застосовували результат вимірювань іонізації повітря поблизу рентгенівських трубок і апаратів. Пізніше запалу встановлена експозиційна доза - кількісна характеристика іонізуючого випромінювання. Одиниця експозиційної дози - рентген (Р), 1Р == 2'109 пар іонів в 1 см3 повітря при атмосферному тиску. У практичній дозиметрії часто застосовується потужність експозиційної дози, що дорівнює експозиційній дозі в одиницю часу.
Вивчення наслідків опромінення живого організму призвело до висновку, що радіобіологічний 'ефект залежить не тільки від поглиненої дози, тобто енергії, переданої опроміненому речовиною, але і від інших факторів. При одній і тій же поглиненої дози радіобіологічний ефект тим вище, чим потужніший іонізація, створювана випромінюванням. Для кількісної оцінки такого впливу вводиться поняття еквівалентної дози. Одиниця еквівалентної дози - зіверт (Зв), названа на честь відомого шведського радіобіолог Г.Р, Зіверт. Іноді використовується інша одиниця еквівалентної дози - бер (13в = 100бер).
Природні джерела радіоактивного випромінювання
Основну частину опромінення населення Землі одержує від природних джерел радіоактивного випромінювання. Більшість з них такі, "по уникнути опромінення від них зовсім неможливо. Протягом всієї історії існування Землі різні види випромінювання падають на її поверхню з космосу і надходять від радіоактивних речовин, що знаходяться в земній корі. Людина піддається опроміненню двома шляхами. Радіоактивні речовини можуть знаходитися поза організмом і опромінювати його зовні; в цьому випадку говорять про зовнішнє опромінення. Або ж вони можуть опинитися в повітрі, яким дихає людина, в їжі або воді і потрапити всередину організму. Такий спосіб опромінення називають внутрішнім. Опромінення від природних джерел радіації піддається будь-який житель Землі, проте одні з них одержують більші дози, ніж інші. Це залежить, зокрема, від того, де вони живуть. Рівень радіації в деяких місцях земної кулі, де залягають радіоактивні породи, виявляється значно вище середнього, а в інших місцях - відповідно нижчий.
Доза опромінення залежить, крім того, від умов життя людей. Застосування деяких будівельних маршалів, використання газу для приготування їжі, відкритих вугільних жаровень, герметизація приміщень і навіть польоти на літаках - всі ці позначається на рівні опромінення за рахунок природних джерел радіації. Земні джерела радіації в сумі відповідальні за більшу частину опромінення, якому піддається людина за рахунок природної радіації. У середньому вони дають більш 5 / 6 річний еквівалентної дози. одержуваної населенням в основному внаслідок внутрішнього опромінення. Іншу частину вносять космічні промені, головним чином шляхом зовнішнього опромінення. Розглянемо спочатку деякі дані про зовнішнє опромінення від джерел космічного походження.
Космічні промені. Природний радіаційний фон, створюваний космічними променями, дає трохи менше половини зовнішнього опромінення, одержуваного населенням від природних джерел радіації. Космічні промені в основному приходять до нас з глибин Всесвіту, але деяка їх частина народжується на Сонці під час сонячних спалахів-Космічні промені можуть досягати поверхні Землі або взаємодіяти з її атмосферою, породжуючи вторинне випромінювання і приводячи до утворення різних радіонуклідів. Немає такого місця на Землі, куди б не падали невидимі космічні промені. Але одні ділянки земної поверхні більш схильні до їх дії, ніж інші. Північний і Південний полюси одержують більше радіації, ніж екваторіальні області, через наявність у Землі магнітного поля, що відхиляє заряджені частинки, з яких в основному і складаються космічні промені.
Найсуттєвіше, однак, те, що рівень опромінення росте з висотою, оскільки при цьому над нами залишається усе менше повітря, що грає роль захисного екрана. Люди, що живуть на рівні моря, одержують у середньому через космічні променів еквівалентну дозу близько 300 мкЗв / рік; для людей же, що живуть вище 2000м над рівнем моря, ця величина у декілька разів більше.
Ще більш інтенсивного, хоча і відносно нетривалого опромінення, піддаються екіпажі і пасажири літаків. При підйомі з висоти 4000м (максимальна висота, на якій розташовані поселення людей: села шерпів на схилах Евересту) до 12 000м (максимальна висота польоту трансконтинентальних авіалайнерів) рівень опромінення за рахунок космічних променів зростає приблизно в 25 разів і продовжує зростати при подальшому збільшенні висоти до 20 000м (максимальна висота польоту надзвукових реактивних літаків) і вище. При перельоті з Нью-Йорка в Париж пасажир звичайного турбореактивного літака отримує дозу близько 50 мкЗв, а пасажир надзвукового літака на 20% менше, хоча піддається більш інтенсивному опроміненню. Це пояснюється тим, що в другому випадку переліт займає набагато менше часу.
Земні радіоактивні джерела випромінювання. Основні радіоактивні ізотопи, що зустрічаються в гірських породах Землі - це калій-40, ру6ідій-Я7 та ізотопи двох радіоактивних сімейств, що беруть початок відповідно від урану-238 і торію-232 - довгоживучих ізотопів, що входять до складу Землі із самого її народження. Зрозуміло, рівні земної радіації неоднакові для різних місць земної кулі і залежать від концентрації радіонуклідів у тій чи іншій ділянці земної кори. У місцях проживання основної маси населення вони приблизно одного порядку. Потужність еквівалентної дози природного радіоактивного фону на Землі становить у середньому 1м3в/год, або близько 0,12 мк3в/час. Для порівняння зазначимо, що перегляд одного хокейного матчу по телевізору дає дозу близько 0,01 мк3в.
Опромінення в 5м3в за рік (або 0,5-0,6 мкЗв / год) вважається допустимим для населення (для персоналу АЕС - у 10 разів більше), гак само, як і разова доза 0,1-0,2 Зв при аварійному опроміненні.
При отриманні одноразової дози, починаючи з 0,5 Зв, спостерігається короткочасне зміна складу крові і порушення роботи шлунково-кишкового тракту. При дозі в 1 Зв і більше розвиваються симптоми променевої хвороби різного ступеня тяжкості-Доза в 4,5 38 є половинної летальною дозою, тобто при її отриманні гине 50% опромінених, а доза б Зв безумовно смертельна.
Згідно з дослідженнями, проведеними у Франції, ФРН, Італії, Японії та США, приблизно 95% населення цих країн живе в місцях, де потужність дози опромінення в середньому становить від 0,3 до 0,6 мЗв / рік. Деякі П1уппи населення отримують значно більші дози опромінення: близько 3% одержує в середньому 1 мЗв / рік, а приблизно 1,5% - понад 1,4 мЗв / рік.
Є, однак, такі місця, де рівні земної радіації набагато вище. Наприклад, на невеликий височини, розташованої в 200 км від Сан-Паулу в Бразилії, рівень радіації в ЯОО раз чудова середній і досягає приблизно 251 мЗв / рік. З якихось причин височина виявилася непридатною. Лише трохи менші рівні радіації були зареєстровані на морському курорті Гуарапари з населенням приблизно 12000 чоловік, розташованому в 600км на схід від цієї височини. Кожне літо Гуарапари стає місцем відпочинку приблизно 30000 курортників. На окремих ділянках його пляжів зареєстрований рівень радіації 175 мЗв / рік. Радіація на вулицях міста значно нижчі - від 8 до 15 мЗв / рік, в.о. все ж таки значно перевищує середній рівень.
Схожа ситуація спостерігається в рибальському селі Меаіпе, розташованої в 50 км на південь від Гуарапари. Обидва населені пункти стоять на пісках, багатих торієм.
В іншій частині земної кулі на південно-заході Індії 70000 чоловік живуть на вузькій прибережній смузі довжиною 55км, уздовж якої також тягнуться піски, багаті торієм. Дослідження, що охопили 8513 осіб з числа проживають на цій території, показали, що дана група осіб одержує в середньому 3,8 м3в/год на людину. З них понад 500 осіб отримують понад 8,7 м3в/год. Близько шістдесяти чоловік отримують річну дозу, що перевищує 17м3в/год, що істотно перевищує річну дозу зовнішнього опромінення від земних джерел радіації.
Території в Бразилії та Індії - найбільш добре вивчені "гарячі точки" нашої планети. Але в Ірані, наприклад, у районі містечка Рамсер, де б'ють ключі, багаті радієм, були зареєстровані рівні радіації 400 мЗв / рік. Відомі й інші місця на земній кулі з високим рівнем радіації, наприклад у Франції, Нігерії, на Мадагаскарі.
Джерела внутрішнього опромінення. У середньому приблизно 2 / 3 ефективної еквівалентної дози опромінення, яку людина одержує від природних джерел радіації, надходить від радіоактивних речовин, що потрапили в організм з їжею, водою і повітрям. Зовсім невелика частина цієї дози припадає на радіоактивні ізотопи типу вуглецю-14 і тритію, що утворюються під дією космічних променів-Все інше надходить від джерел земного походження. У середньому людина одержує близько 180 мкЗв / рік за рахунок калію-40, який засвоюється організмом разом з нерадіоактивними ізотопами калію, необхідними для життєдіяльності організму.
Значно більшу дозу внутрішнього опромінення людина одержує від нуклідів радіоактивного ряду урану-238 і в меншій мірі - від радіонуклідів ряду торію-232. Деякі з них, наприклад нукліди свинцю і полонія, надходять в організм з їжею. Вони концентруються в рибі і молюсках, тому люди. споживають мною риби та інших дарів моря. можуть отримати відносно високі дози опромінення.
Десятки тисяч людей на Крайній Півночі харчуються а переважно м'ясом північного оленя (карібу), в якому радіоактивні ізотопи свинцю я полонію присутні в досить високій концентрації-Особливо великий зміст полонію-210. Ці ізотопи потрапляють в організм оленів узимку, коли вони харчуються лишайниками, у яких накопичуються обидва ізотопи. Дози внутрішнього опромінення людини від полонію-210 в цих випадках можуть у 35 разів перевищувати середній рівень.
В іншому земній півкулі люди, що живуть в Західній Австралії в місцях з підвищеною концентрацією урану, отримують дози опромінення, в 75 разів перевершують середній рівень, оскільки їдять м'ясо і тельбухи овець і кенгуру. Перш ніж потрапити в організм людини, радіоактивні речовини, як і в розглянутих вище випадках, проходять по складних маршрутах у навколишньому середовищі, і це доводиться враховувати при оцінці доз опромінення, отриманих від якого-небудь джерела.
Штучні джерела радіоактивного випромінювання. За останні кілька десятиліть людина створила сотні штучних радіонуклідів і навчилася використовувати енергію атома в самих різних цілях: у медицині, для створення атомної зброї, для виробництва енергії і виявлення пожеж, для виготовлення світних циферблатів годин і пошуку корисних копалин. Все це призводить до збільшення дози опромінення Як окремих людей, так і населення Землі в цілому. Індивідуальні дози, одержувані рівними людьми від штучних джерел радіації, сильно різняться-В більшості випадків ці дози досить невеликі, але іноді опромінення за рахунок техногенних джерел виявляється у багато тисяч разів інтенсивніше, ніж за рахунок природних. Як правило, для техногенних джерел радіації згадані відмінності виражені набагато сильніше, ніж для природних. Крім того, породжене їм випромінювання звичайно легше контролювати, хоча опромінення, пов'язане з радіоактивними опадами від ядерних вибухів, майже так само неможливо контролювати, як і опромінення, зумовлене космічними променями або земними джерелами.
Список літератури
С. Х. Карпенків Концепції сучасного природознавства