Радиация: рентгеновские лучи, гамма-лучи и частицы

Естественный фон в США чаще всего лежит в пределах от 100 до 150 миллирем в год. В Лидвилле (шт. Колорадо), расположенном на высоте 3,3 км над уровнем моря, отмечен один из наивысших уровней фонового излучения—160 миллирем — благодаря большей интенсивности космических лучей, достигающих города. Радиоактивные элементы в земной коре, такие, как калий-40 и радий, тоже вносят свой вклад в радиационный фон.

Рентгеновские обследования, назначаемые врачами,— это обычный источник получаемых нами доз ионизирующей радиации. Хотя такую экспозицию оценивают в 90 миллирем в год, это лишь средняя цифра. Многие люди получают гораздо большие дозы, другие же не получают никаких. Ежегодное просвечивание грудной клетки на туберкулез в настоящее время не считается хорошей практикой. Более старое рентгеновское оборудование, все еще используемое во многих местах, создает дозы намного выше, чем это необходимо.

В период, когда атомные и водородные бомбы испытывались в атмосфере, радиоактивные элементы рассеивались вокруг земного шара в виде облаков частиц. Дождевые капли поглощали эти частицы, и происходило выпадение радиоактивных осадков. В районах, очень близких к атомным взрывам, например на островах в Тихом океане, оно было вначале достаточным для того, чтобы оставить измеримые уровни радиоактивности в почве, но в дальнейшем радиоактивность осадков становилась уже незначительной по сравнению с фоновым излучением.

4.3 Атомная энергетика  и риск облучения

Воздействие излучений от радиоактивных элементов — это предмет беспокойства, возросшего с появлением атомной энергетики. В первые 15 лет существования атомных электростанций здесь допускались систематические выбросы малых количеств излучающих материалов. Более старые станции должны были работать так, чтобы ни один человек в окрестности не получал более 500 миллирем в год, а средняя доза для людей на большем удалении от станции не должна была превышать 170 миллирем в год. Такие нормы отражали действовавшие в то время стандарты на допустимые дозы для всего населения. В середине семидесятых годов Комиссия по атомной энергии подверглась критике за эти стандарты и прореагировала ужесточением предельных норм эмиссии радиоактивных элементов атомными станциями. Наибольшая допустимая годовая доза была уменьшена с 500 миллирем до 5 миллирем, а средняя доза до величины меньше 1% от природного фонового излучения, т.е. до 1 миллирема.

Ясно, что при этих новых стандартах нормальная работа атомных электростанций перестала вызывать особое беспокойство, однако излучение остается проблемой. Один из оставшихся опасных источников излучения связан с установками для регенерации атомного топлив. Другой источник — это добытая и отбракованная урановая руда. Однако еще большую тревогу вызывает возможность того, что террористы или воюющие страны могут захватить отработанное атомное топливо или расщепляющиеся материалы и создать ядерное оружие —атомную бомбу из материала, подобного плутонию, или устройство, разбрасывающее смертоносное содержимое отработанного топливного стержня. Взрыв такого оружия мог бы привести к массовому поражению людей радиацией.

Наконец, следует упомянуть о том, что ряд радиоактивных элементов может концентрироваться в пищевых цепях (биологическое накопление). Примером служит фосфор-32. В реке Колумбия ниже Ханфордской атомной электростанции концентрация его в сигах была в 5000 раз выше, чем в воде, в ушастых окунях и краппи в 20 000—30 000 раз выше, а в нитчатых водорослях в 100000 раз выше. Другие примеры радиоактивных элементов, накапливаемых живыми организмами,— цинк-65, железо-59 и иод-131. Население может облучаться ими при употреблении некоторых продуктов. Рыба может содержать фосфор-32, устрицы и другие моллюски — цинк-65, а молоко — иод-131. К сожалению, пути этих элементов в пищевых цепях не настолько хорошо изучены, чтобы можно было оценить связанную с ними опасность.

4.4 Биологическое  действие ионизирующего излучения

Последствия облучения для здоровья людей, живущих в настоящее время, можно разделить на две категории. Острые симптомы, возникающие после интенсивной кратковременной экспозиции, проявляются на протяжении нескольких дней или недель. Такие случаи очень мало вероятны, за исключением атомной войны или аварийных ситуаций. Последствия длительного облучения в малых дозах вряд ли могут проявиться скоро — для этого нужны годы. Такого рода поздние симптомы нельзя отличить от обычных болезней старения, особенно это относится к раку. Мы знаем, что ионизирующее излучение может вызвать рак молочных желез и щитовидной железы, лейкоз, рак легких, желудочно-кишечного тракта и костей. Эти болезни наблюдались у людей, получивших дозы в 100 рем и больше при несчастных случаях или такой катастрофе, как взрывы атомных бомб в Нагасаки и Хиросиме.

Хотя радиация может вызвать рак, заболевший обычно не может указать на облучение как на его причину. Население и рабочие, как правило, рискуют получить лишь очень малую дозу—от 0,1 до 5 рем. Те формы рака, которые вызываются облучением, могут быть индуцированы иными агентами. Поэтому для того, чтобы с помощью обычных статистических методов установить, вызваны ли определенные формы рака этими низкими уровнями облучения, потребовалось бы обследовать очень большое число людей — порядка сотен тысяч. Обычно невозможно найти столько подвергшихся облучению лиц или столько случаев определенной формы рака, чтобы эпидемиологическое исследование позволило установить связь заболеваний с полученными малыми дозами радиации. Некоторые исследователи обрабатывали имеющуюся информацию более сложными статистическими методами, но большинство других ученых не признают результаты убедительными.

Для оценки возможного действия малых доз используются также данные о последствиях облучения в дозах больше 100 рем. Среди специалистов идет горячий спор: как экстраполировать данные о действии больших доз, чтобы предсказать действие меньших доз, и имеется ли порог, ниже которого уже нет никакой опасности? Это аналогично спорам о действии низких доз химических канцерогенов. Большинство ученых согласно в том, что нет никаких доказательств существования порогового уровня, особенно для некоторых типов излучений, например для альфа-частиц.

Можно полагать, что помимо рака излучение вызывает также генетические повреждения, т.е. мутации, которые могут быть переданы будущим поколениям. Результаты экспериментов на животных и культурах клеток привели ученых к убеждению, что это весьма вероятно. Однако, хотя у выживших после атомной бомбардировки и у их детей были обнаружены поврежденные хромосомы, существенного увеличения частоты врожденных аномалий не было отмечено. Это, вероятно, обусловлено низкими средними дозами для гонад родителей (50 рем), а также малыми размерами популяции (78 000 детей от родителей, переживших Хиросиму или Нагасаки). По некоторым оценкам, природное фоновое излучение (около 100—150 миллирем) вызывает, вероятно, 0,1—2% всех генетических болезней.

4.5 Следует ли  снизить допустимые дозы облучения?

Основываясь на изучении групп людей, работающих в атомной энергетике, и других групп, получающих небольшие дозы радиации, некоторые эксперты доказывают необходимость уменьшить допустимый профессиональный риск облучения с 5 рем в год до 0,5 рем (500 миллирем) в год. Такой стандарт был рекомендован в 1978 г. комитетом Национальной академии наук. Он всего лишь примерно вдвое выше дозы от рентгеновского обследования грудной клетки.

В 1977г. почти 5000 из 70000 рабочих атомной энергетики получили дозы более 2 рем. Помимо персонала атомных электростанций, в стране имеется около 170 000 рентгенологов. Хотя уровень их облучения должен быть ограничен меньшими дозами, чем профессиональный стандарт в 5 рем в год, их фактическое облучение в большинстве случаев неизвестно.

4.6 Отходы урановых  рудников: ненужный риск

Горняки урановых рудников подвергаются облучению на месте работы, и в связи с этим у них значительно повышена частота рака легких. Излучение здесь обусловлено естественным радиоактивным распадом урана.

В результате ряда последующих этапов образуется радиоактивный газ, называемый радоном, который распространяется во всем воздухе рудника.

Распад радона приводит к образованию новых радиоактивных элементов в форме одиночных атомов, которые долго остаются взвешенными в воздухе. Горняки вдыхают загрязненный воздух, и радиоактивные производные радона откладываются в их легких. Маски или фильтры не могут задерживать частицы, состоящие из одного атома. Поэтому единственный способ уменьшить воздействие радиации на горняков состоит в частой замене воздуха в шахте свежим воздухом.

Горняки не единственные люди, облучаемые на этом этапе цикла атомного топлива. После извлечения окиси урана из урановой руды остаются рудничные отходы, которые все еще содержат какое-то количество урана, не поддающееся извлечению. Поскольку радон — это продукт реакций распада урана, воздух вблизи отвалов тоже содержит газообразный радон, и концентрация его здесь может быть в 500 раз выше природного фона. Этот воздух загрязнен также радиоактивными продуктами распада радона.

Вследствие недосмотра и неосведомленности о риске рудничные отходы были использованы при изготовлении бетона для жилых домов и иных построек. Отходы из Олд-Климакс-Милл (шт. Колорадо), содержавшие около 0,03% урана, употреблялись в качестве строительного материала при сооружении домов в городе Гранд - Джанкшен в том же штате. Их вводили в состав строительного раствора и цемента, а также использовали для нивелировки поверхности и для засыпки пустот вокруг фундамента.

Концентрация продуктов распада радона в воздухе этих домов иногда в пять раз превышала предел, допустимый для работающих в урановых рудниках. Таким образом, воздействие потенциального канцерогенного фактора на обитателей этих домов было значительным. В ряде домов были частично удалены и заменены фундаменты, стены и дымовые трубы, а также засыпка, причем федеральное правительство и правительство штата Колорадо участвовали в оплате этих работ.

Большинство месторождений, достаточно богатых ураном, чтобы их разрабатывать, находятся в западных районах США. Штаты Нью-Мексико, Вайоминг, Колорадо и Юта служат главными поставщиками руды, и здесь все еще можно увидеть холмы из отходов. Когда операции по размолу руды были перенесены к более богатым месторождениям, эти холмы были просто брошены. В результате они попали в частные руки, и новые владельцы часто не знали об опасности этого материала. В восьми штатах такие отвалы существуют до сих пор, причем некоторые из них очень близко к крупным общинам. Наименьшая куча занимает площадь всего 0,8 га, а наибольшая—43 га. Одна куча вблизи брошенной мельницы для размола руды находится на расстоянии 30 кварталов от нижней части города Солт-Лейк-Сити (шт. Юта). Известно, что всего в западных штатах имеются 23 поля урановых отходов, за которыми нет никакого контроля. Мельницы закрыты, а отходы остались.

Проблему разрешить не так просто. На отвалы можно насыпать несколько футов земли и посадить растительность. Это предотвратит перенос ветром пылевидных частиц и загрязнение воздуха. Однако для того, чтобы помешать выделению газообразного радона, потребуется, видимо, покрыть отвалы слоем почвы в 3 - 6 метров. Тем временем нужно ввести в практику немедленное погребение отходов по мере их накопления в результате продолжающихся работ по добыче и обогащению руды. В 1978 г. Конгресс провел закон, предусматривающий, что правительство покроет затраты на ликвидацию радиоактивных отходов, образовавшихся до 1978 г., так как многие отвалы созданы компаниями, выполнявшими правительственные контракты. Однако закон обязывает промышленность ликвидировать все отходы, возникшие после 1978 г. Тем не менее сделано пока очень немногое - промышленники утверждают, что затраты слишком велики.

Заключение

Канцерогенные факторы окружающей среды можно разделить на две группы: такие, воздействие которых мало зависит от отдельного человека (например, химикаты и излучения на рабочем месте), и такие, для которых эта зависимость значительна (например, канцерогены табачного дыма и пищи). Асбест относится к первой группе. Вдыхание даже небольших количеств асбестовой пыли может через 20—30 лет привести к развитию асбестоза, рака легких или мезотелиомы. Асбест применяется (или ранее применялся) для теплоизоляции, в тормозных накладках, для изготовления огнестойкой одежды, в плитках, цементе и кровельном гонте, а также может содержаться как случайная примесь в дорожных покрытиях, медикаментах и косметике. Большая часть асбеста, воздействию которого подвергается население, находится в воздухе — это результат износа тормозных накладок или сноса зданий, строившихся с применением асбестосодержащих материалов. В течение ближайших 10 лет всякое использование асбеста будет постепенно прекращено, чтобы снизить частоту вызываемых им болезней у рабочих, а в конечном счете и у всего населения.

Воздействию канцерогенных веществ подвергаются многие рабочие и служащие. Из-за недостоверности научных данных и вследствие давления промышленности Управление профессиональной безопасности и здравоохранения ввело ограничения лишь на немногие из бесчисленных опасных веществ, с которыми приходится контактировать на рабочих местах. Жители окружающих районов тоже могут подвергаться действию вредных выбросов от промышленных предприятий.

Радиационную опасность могут создавать излучения двух категорий—ионизирующие и неионизирующие. Первые обладают достаточной энергией, чтобы освобождать электроны из атомов. К этой категории относятся рентгеновские лучи, гамма-лучи и космические лучи. Неионизирующие излучения—микроволны, радиоволны и волны от линий электропередачи—не способны освобождать электроны. Однако эти волны все же могут вызывать тепловое повреждение тканей, а также разрушать клеточные структуры или вызывать рак. Мы пока не знаем, создают ли какую-либо угрозу для населения нынешние дозы неионизирующего излучения от радиопередатчиков или высоковольтных линий. Имеются некоторые указания на то, что рабочие, на которых воздействует такое излучение, подвергаются риску.

Ионизирующее излучение может вызывать острые последствия, такие, как лучевая болезнь и смерть, или хронические последствия, например разные формы рака и генетические повреждения. Те же формы рака могут вызываться и другими опасными агентами, так что конкретные жертвы обычно не в состоянии доказать, что рак у них вызван облучением. Для профессионального риска подвергнуться действию излучения от промышленных или энергетических источников установлен предел 5 рем в год, а для населения—1 миллирем, т.е. 1% от природного радиационного фона.