Ионизирующее излучение от природных источников космического и земного происхождения, а также от искусственных радионуклидов, рассеянных в биосфере в результате деятельности человека – радиационный фон. [11]
Современная наука радиоэкология выделяет два вида радиоактивности: естественная (радиоактивные явления, происходящие в природе) и искусственная (радиоактивные явления, происходящие в искусственно полученных веществах). Радиационный фон, который оказывает влияние на человека и другие живые организмы она подразделяет на три типа:
Естественный (природный) радиационный фон (ЕРФ);
Технологически измененный естественный радиационный фон (ТИЕРФ);
Искусственный радиационный фон (ИРФ). [1]
В данной главе я постараюсь выявить особенности каждого из типов, слагающих вместе общий радиационный фон нашей планеты. Начнем с естественного радиационного фона. Данный вид фонового излучения представляет собой ионизирующее излучение, действующее на человека на поверхности Земли, от природных источников космического и земного происхождения.
Природные источники ионизирующего излучения делят на следующие виды:
Внешние источники внеземного происхождения (космическое излучение) – 0,3 мЗв;
Космическое, внутреннее облучение – 0, 015 мЗв;
Внешние источники земного происхождения (радионуклиды земной коры, воды, воздуха) – 0,35 мЗв;
Внутренние источники (радионуклиды естественного происхождения, содержащиеся в организме человека) – 1,325 мЗв. [1]
Теперь подробнее распишем источники естественного излучения. Начнем с космического излучения. Большая часть космических лучей приходит из глубины Вселенной, другая – рождается на Солнце во время солнечных вспышек. На дозу облучения влияет: высота (чем выше, тем облучение сильнее) и продолжительность времени воздействия (чем дольше, тем доза выше).
Воздействия космического излучения на различные участки земного шара неодинаково:
На северных и южных полюсах наблюдаются более высокие уровни радиации благодаря геомагнитному полю Земли, которое отклоняет поток заряженных частиц от экватора к полюсам;
Уровень облучения растет с высотой, так чем выше, тем меньше роль атмосферы как защитного экрана. [14]
Радионуклиды земного происхождения дают наибольший вклад в дозу облучения от естественных источников. К ним относятся 32 нуклида, входящих в состав радиоактивных семейств, 238U, 232Th и 11 долгоживущих радионуклидов. Радионуклиды уранового ряда обусловливают большую часть суммарной дозы фонового излучения – 1239 мкЗв/год, почти полностью вызванную внутренним облучением.
Естественная радиоактивность объектов планеты Земля меняется в зависимости от географических условий:
типа горных пород – основной вклад вносят калий, радионуклиды семейства урана-радия и торий. Породы вулканического происхождения обладают большей радиоактивностью, чем осадочные;
типов почв – радиоактивность зависит от материнских пород, а также интенсивности обменных процессов радионуклидов между почвами и грунтовыми водами и др. и определяется наличием калия, урана, тория и свинца, содержащихся в поверхностных слоях почвы. Наибольшей радиоактивностью обладают сероземы, наименьшей – торфяники. Механический состав почв также влияет на их радиоактивность – чем больше содержание глины в дерново-подзолистых почвах, тем выше количество 238U, 228Th, 40K (у серых лесных почв наблюдается повышенный у-фон);
геохимических – определяют химический состав грунтовых и поверхностных вод, чья радиоактивность определяется наличием калия, радия и урана и может достигать 100 млн. Бк/м3. Средняя концентрация 226Ra в водопроводной воде в России составляет 0,04 Бк/м3. По преимущественному содержанию радионуклидов все поверхностные воды делят на следующие виды:
радоновые (Пятигорск, Железноводск);
радиевые (Цхалтубо, Кисловодск);
радоново-радиевые (Мацеста, Славянские и Ильменские источники);
радоново-радиево-урановые;
ураново-радиевые;
урановые.
климатических, биогеографических и других особенностей территории. [8]
По подсчетам ООН средняя эффективная (эквивалентная) доза внешнего облучения, которую человек получает за год от земных источников естественной радиации, составляет примерно 350 мЗв.
Примерно 2/3 эффективной (эквивалентной) дозы облучения, которую человек получает от естественных источников, поступает от радиоактивных веществ, попавших в организм с воздухом, водой и пищей.
Следующее звено в общем радиационном фоне планеты — технологически измененный естественный радиационный фон (ТИЕРФ). Он представляет собой ионизирующее излучение от природных источников, претерпевающих определенные изменения в результате деятельности человека, не связанной с применением радиационных технологий. [3] К данному виду излучений относятся следующие процессы:
Добыча полезных ископаемых;
Добыча, использование и выброс в окружающую среду продуктов сгорания органического топлива (при работе ТЭС);
Изготовление и использование минеральных удобрений;
Изготовление и использование строительных материалов (в частности использование угольной золы в качестве добавки к цементу, асфальту и бетонам);
Авиационные перелеты;
Курение.
Основными загрязнителями окружающей среды, обуславливающими технологически измененный естественный радиационный фон являются такие радионуклиды как: 40K, 210Pb, 210Po,222Rn, 226-228Ra,232Th, 235-238U и др. [11]
Наибольший вклад в дозу облучения населения имеет уголь. Ежегодно на ТЭС образуется 200 млн. т угольной золы, в которой содержание радиоактивных изотопов в 7-10 раз выше, чем их естественное содержание в окружающей среде и составляют: 40K – 400 Бк/кг; 235-238U – 150 Бк/кг. А использование нефти на электростанциях ведет к концентрированию 238U, 232Th, 40K. [5]
Добыча и использование фосфатных руд обуславливает увеличение технологически повышенного естественного радиационного фона. Облучение населения происходит вследствие выбросов в окружающую среду 238U 226Ra, 210Pb и 210Ро из фосфатных руд в шахтах и удобрений в сельском хозяйстве.
Следующий фактор – авиационные перелеты. Опытным путем ученым удалось выяснить, что при перелете из Нью-Йорка в Париж пассажир турбореативного самолета получает дозу приблизительно равную 50 мкЗв, а пассажир сверхзвукового самолета – на 20% меньше. Эта разница получается за счет разного количества времени, проведенного в полете. [5]
Еще один опасный фактор, который имеет не последнее значение в процентном составе ТИЕРФ – курение. У курильщиков активных и пассивных вследствие внутреннего облучения легочной ткани может развиться рак легких. Так как в дыме сигарет имеются радионуклиды, которые постоянно облучают легкие за счет радона и продуктов его распада. Известно, что с дымом табака дополнительно в организм попадает еще и до 80 мКи полония и свинца. [8]
Третьей составляющей общего фона Земли является искусственный радиационный фон, который обусловлен излучением рассеянных в биосфере искусственных радионуклидов. Данное ионизирующее излучение составляет лишь 1-3% от общего радиационного фона. Искусственные источники ионизации попадают в окружающую среду за счет:
Объектов атомного цикла (добыча, переработка и захоронение радиоактивного сырья и отходов) – 0,001 мЗв;
Радиоактивных выпадений вследствие испытаний ядерного оружия – 0,02 мЗв;
Использования рентгено-радиоизотопной диагностики и лечения – 1,69 мЗв/год;
Применения бытовых приборов (телевизоры, наручные часы, микроволновые печи, телефоны и т.д.) – от телевизоров – 10 мрад/год. [1]
Одним из составляющих компонентов искусственного радиационного фона Земли является радиационный фон, который дает работа атомных электростанций.
При делении ядерного горючего на АЭС 80% образующейся энергии превращается в тепло, а 20% выделяется в виде радиоактивных излучений. Это радиоактивные изотопы, содержащиеся в бассейне-охладителе АЭС (131I – 17%, 137Cs – 11-40%, 60Co – до 30%, 90Sr – до 6%) побочные продукты коррозии оборудования (54Мп, 55Fe) осколки деления урана от цинка до гадолиния (200 изотопов: 95Zr, 99Mo; 131I, 133Xe, 137Cs, 235U). [17]
Выбросы радионуклидов при обогащении урана и изготовления ядерного топлива довольно малы, их коллективная эффективная доза составляет всего 2,8-10 чел.-Зв*Гвт/год. Влияние АЭС на радиоактивное загрязнение почв и грунтов незначительно, например, для Курчатовской АЭС суммарная радиоактивность в 30-километровой зоне не превышает 50-70 Бк/кг.
Тем не менее, эти дозы обычно не превышают нескольких долей или целых процентов естественного радиационного фона, и они в 40 раз меньше, чем доза облучения населения, проживающего вокруг ТЭС и облучаемого сконцентрированными из угля радионуклидами. Так, официальное содержание радионуклидов в угле принято равным 50, 20 и 10 Бк/кг соответственно для калия, урана и тория.
Наибольшую опасность представляют радиоактивные отходы – непригодные к использованию жидкие и твердые материалы и предметы, содержащие радионуклиды.[2] Наиболее интенсивно с отходами в окружающую среду проникают газообразный радон, легкорастворимые соединения радия, высокоактивные продукты деления урана (их количество составляет < 1%, а радиоактивность – 98% всей радиоактивности, образующейся в атомной промышленности).
Серьезное техногенное облучение получили люди, проживающие на территории Украины, России и Белоруссии в 1986 году, а также жители Японии в 2010 году в связи со страшными авариями на АЭС. Но большие дозы ионизирующего излучения получили ликвидаторы этих аварий. Последствиями данных техногенных катастроф считаются: рак щитовидной железы, лейкозы и лучевая болезнь.
Другой фактор, напрямую связан с научно-технической революцией и расширением амбиций человека – создание и испытание ядерного оружия. При воздушных и наземных взрывах 50% радиоактивного материала выпадает в радиусе около 100 км от места испытания; часть попадает в тропосферу, перемещается ветром в долготном направлении. Радиоактивные нуклиды находятся в тропосфере около 1 месяца, затем выпадают на Землю в виде радиоактивных осадков (131I, 89Sr) или поднимаются в стратосферу, где время их пребывания увеличивается от 0,3 до 2 лет.
Немалую роль в искусственный радиационный фон привносит и использование рентгено-радиоизотопной диагностики и лечения. В медицине ионизирующее излучение и радиоактивные вещества используют в различных сферах:
С целью диагностики (рентгеноскопия, рентгенография, флюорография, компьютерная томография и др). Изотопы используются для диагностики различных заболеваний: 131I – заболевания щитовидной железы, 99Тс – опухоли мозга, 58Со – степени поглощения витамина В12, 85Sr – для получения снимка костей и т.д.;
С целью лечения (теле-у-терапия, близофокусная рентгенотерапия, внутриполостная и внутритканевая радиотерапия и др.) При облучении мелких опухолей используют – 137Cs, при лечении заболеваний глаз — 90Sr и др. Наиболее часто исследованиям с помощью радиофармацевтических препаратов подвергаются почки (41%), щитовидная железа (29%) , печень и селезенка (11%);
С научно-исследовательскими целями (метод авторадиографии, метод радиоактивных меток, которые используются для изучения патогенеза заболеваний). [11]
В медицине используется около 60% радионуклидов и 100 меченых соединений, имеющих относительно короткий эффективный период полувыведения (6 часов – 30 дней), определяемый малым периодом полураспада и достаточно быстрым выведением из организма.
Рентгенологические и радиофармацевтические исследования ведут к увеличению доз облучения персонала. Наибольшая доля профессионалов подверженных действию периодического ионизирующего излучения – медицинские работники: врачи-рентгенологи (0,01-0,04 бэр/год), техники-рентгенологи, медицинские сестры, стоматологи (0,002-0,05 бэр/год), в целом для всех медработников (0,21 бэр/год).
Медицинские источники ионизирующего излучения влияют не только на профессионалов, работающих в этой сфере, но и на пациентов. Однако объективная оценка доз облучения пациентов и возможного ущерба для здоровья затруднительна вследствие значительного количества различных эффектов: количество и степень вовлечения в поле облучения различных органов (кожа, почки, щитовидная железа и т.д.), вида излучения (β-, у-, рентгеновское) и др. факторов. Средняя доза облучения для населения составляет 0,014 бэр/год. Эффективная коллективная доза за счет использования источников ионизирующих излучений в медицинских целях составляет 1,58*107 чел.- Зв (см. прил. 7). [7]
Другой источник излучения – электронная техника. Так цветные телевизоры с кинескопами, если зритель находится на расстоянии 2,5 м, обуславливают дозу 2,5 нЗв/ч, а на расстоянии 5 см — 100 мкЗв/ч. Незначительный вклад в дозу облучения населения дают такие техногенные источники, как часы с люминесцентными циферблатами, содержащими радий, торий или прометий.
Таким образом, самый большой вклад в эффективную коллективную дозу облучения населения дает естественный радиационный фон (1,1*107 чел. — Зв/год), затем медицинское оборудование, взрывы ядерного оружия (7*105 чел. – Зв/год). Ядерный топливный цикл дает ежегодный вклад в эффективную коллективную дозу, равный 5*103 чел. Зв/год. Однако один взрыв на АЭС может давать такую же дозу облучения, как ядерный топливный цикл за год. Известно, что 90% всей дозы облучения, обусловленной короткоживущими изотопами, население получает в течение года после выброса, 98% — в течение 5 лет. Почти вся доза приходится на людей, живущих на расстоянии нескольких сот километров от АЭС (10 мкЗв/год). [9]