Поражающие факторы, причины их возникновения и характеристики

Внутреннее облучение — это воздействие РВ, проникающих внутрь человека через желудочно-кишечный тракт, органы дыхания и кожный покров. Наибольший вклад в эффективную дозу внутреннего облучения вносят радиоактивные калий–40, углерод–14, рубидий–37, полоний–210 и др. В результате средняя эффективная доза облучения для лиц, проживающих в районах с нормальным радиационным фоном, составляет примерно 200 мбэр/год. Для детей до 10 лет эта величина выше из-за ингаляции продуктов распада радона, так как дыхание у детей чаще, чем у взрослых людей, и составляет примерно  
300 мбэр/год.

Естественные  источники радиационных излучений. На человека в течение всей его жизни действуют различные виды ИИ, под воздействием которых проходила эволюция человечества. Все естественные источники ИИ делятся на группы.

Первая группа — земные источники ИИ. На них приходится порядка 26 % всех излучений. К этой группе относятся РВ, находящиеся в недрах земли, почве (калий, фосфор, уран, торий и др.).

Вторую группу составляют космические излучения, обусловленные излучениями Солнца, космоса. На них приходится » 13 % всех излучений. Интенсивность этого излучения зависит от географического положения объекта и растет по мере подъема над уровнем моря. Так, для средних широт на открытой местности доза облучения составляет примерно 28 мбэр/год. Нейтронная же компонента космического излучения увеличивает эту дозу на 0,035 мбэр, а с учетом коэффициента качества, который равен примерно 6, нейтронная компонента составит примерно 2 мбэр/год, т. е. эффективная доза космического излучения составляет примерно 30 мбэр/год. Следует иметь в виду, что космогенные радиационные излучения образуются в атмосфере в результате взаимодействия протонов и нейтронов с ядрами атомов азота, кислорода, аргона и поступают на поверхность земли с атмосферными осадками (тритий, углерод, бериллий, натрий и др.).

Третью группу радиационных излучений составляет внутреннее облучение человека (см. выше). В ряде случаев внутреннее облучение может происходить за счет материалов, используемых в зубоврачебной практике (керамические материалы).

К четвертой группе относятся инертный газ — радон, продукты распада тория, излучения строительных материалов. Это усугубляется неблагоприятным режимом плохо проветриваемых помещений, особенно первых этажей.

Пятую группу составляют материалы, используемые в качестве природного топлива: уголь, сланец и др. Так при производстве 1 ГВт/год электроэнергии ТЭЦ потребляет 3 ^. 10⁶ т угля. В атмосферу выбрасываются аэрозоли, содержащие РВ, на свалки вывозится шлак, зола, содержащие радиоактивные калий, торий, свинец, радий и др. К этой группе относятся и удобрения, используемые в сельском хозяйстве: калийные соли, фосфаты, которые вместе с растительной пищей поступают в организм человека.

Следовательно, средняя эффективная  доза облучения для лиц, проживающих  с нормальным радиоактивным фоном, составляет примерно 200 мбэр/год (0,2 бэр/год), а для детей до 10 лет эта величина составляет 300 мбэр/год.

Искусственные источники  радиоактивных излучений. Основными источниками ИИ являются урановая промышленность, ядерные реакторы разных типов, радиохимическая промышленность, использование РВ в мирных целях, места захоронения РВ, использование радиоактивных источников электропитания, изотопные лаборатории, локальные радиоактивные загрязнения местности в результате ядерных взрывов, глобальные выпадения радиоактивных веществ, технологические загрязнения окружающей среды и др.

Урановая промышленность занимается добычей, переработкой, обогащением урана и подготовкой ядерного топлива. В природном уране-235 содержится 0,7 % чистого урана и на каждом этапе обогащения может происходить загрязнение окружающей среды, водоемов. В этом производстве используется большое количество воды, в которой накапливаются радионуклиды. Эта вода сливается в естественные водоемы и РВ накапливаются в воде, донных отложениях и водоемы становятся радиоактивными.

При производстве тепловыделяющих  элементов (ТВЭл) для атомных электростанций (АЭС) загрязнения окружающей среды маловероятны, но некоторые урановые сплавы способны самовоспламеняться и при их горении в атмосферу может быть выброшено значительное количество радиоактивных веществ.

Также аварийные ситуации могут возникать при транспортировке, хранении ТВЭлов и других элементов с радиоактивными веществами.

Ядерные реакторы разных типов. В активной зоне ядерных реакторов сосредоточено значительное количество РВ, но реакторы не выделяют в окружающую среду радиоактивных излучений, так как все РВ заключены в мощные замкнутые оболочки и контуры. Выброс РВ может происходить только во время аварий, но внутри реактора происходит 10¹⁸–10¹⁹ делений ядер урана-235 в секунду и при каждом акте деления выделяется 2–3 нейтрона, один из которых может выходить за пределы активной зоны реактора. Кроме того, при работе реакторов выделяется несколько g-квантов, и если бы не мощная защита, то мощность излучения составляла бы сотни рад/с, смертельная же доза облучения человека составляет 600 бэр (6 Зв).

Само ядерное топливо  не представляет собой большой радиационной опасности, так как у урана  практически отсутствуют g-излучения, которые и являются радиоактивно опасными веществами.

Наиболее опасными являются аварии на АЭС с выбросом РВ в  атмосферу, что приводит к радиоактивному загрязнению местности(РЗМ) на огромных территориях. В случае разрушения (аварии) АЭС загрязнение РЗМ существенно отличается от загрязнения в результате ядерного взрыва конфигурацией зоны, масштабами, степенью загрязнения, составом РВ и поражающим действием. При разрушении реактора АЭС ядерного взрыва произойти не может, так как в нем даже теоретически нельзя получить “критическую массу”, необходимую для ядерного взрыва. Может произойти только тепловой взрыв, если прекратится отбор тепла в реакторе. Начнется процесс плавления ТВЭлов, и продукты деления начнут поступать в первый контур. Повышение температуры вызывает повышение давления внутри реактора, что и приводит к его разрушению. Но для того чтобы это произошло, должны быть выключены системы автоматики и контроля, что и случилось на Чернобыльской АЭС. Мощность теплового взрыва сравнительно невелика и соизмерима со взрывом 40 т тротила. Особенностью аварии на АЭС является то, что выброс радионуклидов из разрушенного реактора продолжается 1–2 недели, подъем РВ в атмосферу составляет 800–1200 м, направление же ветра за этот период времени и на этой высоте изменится несколько раз, что делает затруднительным прогнозирование РЗМ. Состав изотопов при аварии на АЭС следующий: иод-131, цезий-137, стронций-90, ксенон-133, криптон-85.

Радиохимическая промышленность занимается регенерацией ядерного топлива, выделяя уран, плутоний и продукты их деления из отработанных ТВЭлов. Радиохимическая промышленность является таким же загрязнителем окружающей среды, как и урановая промышленность.

Места захоронения радиоактивных отходов. Проблема захоронения радиоактивных отходов возникла в связи с необходимостью хранить отработанное ядерное топливо, и причинами загрязнения среды, в этих случаях, могут быть аварии в местах хранения радиоактивных отходов.

В настоящее время  — это проблема всего мира, а не только нашей страны, так как по договоренности ядерные державы до последнего времени производили контейнерные захоронения ядерных отходов в морях, жидкие РВ в небольших концентрациях просто сливали в воды морей.

Использование радиоактивных веществ в мирных целях. В настоящее время РВ широко используются в промышленности, в медицине, для изготовления различного рода извещателей, в том числе и противопожарных. В этих случаях загрязнение среды может произойти вследствие нарушения правил техники безопасности при работе с этими веществами, при нарушении правил эксплуатации приборов, содержащих РВ при нарушении правил хранения РВ.

Использование радиоактивных источников электропитания в космических исследованиях. В этих случаях загрязнение среды РВ может происходить в результате аварийных запусков ракет-носителей, при посадке спутников и космических кораблей, когда может произойти разрушение источников электропитания и во внешнюю среду попадут стронций или плутоний. Загрязнение среды в случае аварии ядерного источника электропитания мощностью 25 Вт сравнимо с загрязнением поверхности земли при взрыве ядерного боеприпаса мощностью 2 Мт.

Изотопные лаборатории, использующие радиоактивные вещества в открытом виде для производственных и научных целей. Загрязнение среды РВ происходит вследствие нарушения правил хранения РВ и правил работы с этими веществами. Зачастую в этих лабораториях отработанные радиоактивные отходы сливаются в канализацию, что приводит к появлению РВ в очистных сооружениях и водоемах.

Локальные радиоактивные  загрязнения местности после  ядерных взрывов. Масштабы и уровни радиоактивных загрязнений в случаях ядерных взрывов зависят от типа ядерных боеприпасов, мощности боеприпаса и вида взрыва, топографических и метеорологических условий. Основными продуктами загрязнения в этих случаях являются стронций-90, цезий-137 и иод-131, которые легко усваиваются организмом человека.

Глобальные выпадения  радиоактивных осадков после  испытаний ядерных боеприпасов  в атмосфере. К глобальным выпадениям на поверхность земли относятся РВ, которые выпадают из стратосферы после испытаний ядерных боеприпасов, и этот процесс длится годами.

Основные единицы  измерения радиоактивности. Самопроизвольный распад радиоактивных веществ сопровождается ионизирующим излучением, т. е. излучением a-, b-, g-частиц и нейтронов. Распад для разных химических элементов происходит со своей скоростью и характеризуется периодом полураспада Т_1/2, т. е. временем, в течение которого происходит распад половины атомов данного вещества.

Каждый радионуклид количественно  характеризуется активностью А, т. е. числом радиоактивных превращений в единицу времени.

В системе единиц СИ за единицу  измерения активности принят один распад в секунду (расп/с). Эта единица получила название “беккерель” (Бк). Внесистемной единицей измерения активности является кюри (Ки). Кюри — это единица измерения активности радионуклида, равная 3,7 ^. 10¹⁰ расп/с, т. е. 1 Ки = 3,7 ^. 10¹⁰ Бк.

При радиоактивном загрязнении  местности (РЗМ) происходит загрязнение  верхнего слоя почвы и существует сравнительно недолго, так как под  влиянием разных процессов радиоактивные  вещества (РВ) проникают в почву. В результате происходит объемное загрязнение  почвы на глубину 5–6 см и содержит 80–85 % всей активности. Следовательно, степень загрязнения местности и различных объемов характеризуется количеством РВ, приходящихся на единицу площади поверхности, т. е. плотностью загрязнения, измеряемой В Ки/см², Ки/км², или по мощности экспозиционной дозы сопровождающего g-излучения в мР/ч, а заражение воздуха, воды, продуктов питания характеризуется содержанием РВ в единице объема или веса и измеряется в Ки/л, Ки/кг.

Поглощенная доза. Это количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканями биологического тела). За единицу поглощенной дозы Д_обл принимается энергия, равная одному джоулю, поглощенная массой, равной 1 кг, т. е. Дж/кг. В системе СИ эта единица получила название грей (Гр), т. е. 1 Гр = 1 Дж/кг.

Внесистемной единицей измерения  поглощенной дозы является рад — радиационная абсорбированная доза, при которой энергия в 1 эрг поглощается 1 г любого вещества. Следовательно 1 Гр = 100 рад.

Эквивалентная доза. Поглощенная доза облучения не учитывает опасности облучения биологического тела. Так при одинаковой поглощенной дозе a-излучение опаснее b- или g-излучения, поэтому необходимо вводить коэффициент качества Q, который показывает во сколько раз биологическое действие данного вида излучения эффективнее g- или рентгеновского излучения при одинаковой поглощенной дозе. В системе единиц СИ за единицу измерения эквивалентной дозы принят зиверт (Зв), который равен 1 Гр поделенному на единицу качества, т. е. 1 Зв = 1 Гр/Q. Внесистемной единицей измерения эквивалентной дозы принят бэр — биологический эквивалент рентгена и 1 Зв = 100 бэр. Следовательно, 1 Зв = 1 Гр/Q = 100 рад/Q = 100 бэр.

Экспозиционная  доза. Для характеристики дозы излучения по эффекту ионизации, вызванному в воздухе, используется доза рентгеновского или g-излучений, при котором в единице объема воздуха создается суммарный электрический заряд ионов одного знака.

За единицу экспозиционной дозы излучения в системе единиц СИ для рентгеновского или g-излучений принимается кулон на килограмм, т. е. в сухом атмосферном воздухе производятся ионы, несущие заряды в 1 Кл электричества каждого знака.

Внесистемной единицей измерения  экспозиционной дозы является рентген (Р) — это такое количество рентгеновского или g-излучений, которое при температуре 0 °С, давлении 760 мм рт. ст. (1013 Па, 1 атм) создает в 1 см³ сухого атмосферного воздуха 2,08×10⁹ пар ионов.

На практике используют доли рентгена (мР, мкР).

Экспозиционная доза, отнесенная к единице времени, называется мощностью  экспозиционной дозы (Р/ч, мР/ч, мкР/ч).

Для оценки загрязнения открытых поверхностей РВ можно использовать ориентировочные соотношения между  мощностью экспозиционной дозы и  плотностью радиоактивного загрязнения: 1 Ки/м² » 10 Р/ч; 1 мКи/см² » 1 Р/ч; 1 Ки/км² » 10 мкР/ч.

Радиоактивное загрязнение  местности. Радиоактивное загрязнение местности возникает в результате выпадения РВ на поверхность земли из радиоактивного облака вместе с осадками. Радиоактивные облака возникают в результате ядерных взрывов, разрушения ядерных реакторов, АЭС и т. д.

Местность в экстремальных  ситуациях считается загрязненной, если уровень радиоактивного излучения  на высоте 70 см от поверхности земли  не меньше 0,5 Р/ч.

Источниками радиоактивного загрязнения местности (РЗМ) являются:

• продукты деления ядерного горючего (урана, плутония). В этом случае имеют место g- и b-излучения;
• не разделившаяся часть горючего при ядерном взрыве, так как в реакции деления взрывного характера принимает участие примерно 20 % горючего. Оставшаяся часть горючего загрязняет территорию и является источником a-излучений;
• наведенная активность в почве. Под воздействием нейтронного потока в грунте образуется ряд радиоактивных изотопов: алюминий-28, натрий-24, магний-24, которые при своем распаде выделяют g- и b-излучения.

Рассмотрим образование  РЗМ в случае аварии, разрушения АЭС, ядерных реакторов.

Ядерные реакторы и АЭС  являются потенциально опасными для  окружающей среды, а поэтому при  проектировании таких объектов предусматривается  решение вопросов безопасности обслуживающего персонала и населения. Особенностью аварии на АЭС, ядерных реакторах  является то, что процесс деления  ядерного топлива, используемого в  ядерных реакторах, продолжается длительное время. Поэтому в случае разрушения реактора в атмосферу могут длительное время поступать РВ. Подъем РВ осуществляется на незначительную высоту (800–1000 м), что объясняется небольшой мощностью теплового взрыва ядерного реактора (порядка 0,04 кт). На этой высоте и в течение длительного времени ветер меняет свое направление много раз, а поэтому ярко выраженного, как при ядерном взрыве, следа радиоактивного облака нет. РВ соединяется с дождевыми облаками и перемещается вместе с ними. Из дождевых облаков РВ выпадают вместе с осадками. В результате этого загрязненные территории могут быть значительными по своим размерам и находиться на очень больших расстояниях от места аварии, как это было в результате аварии на Чернобыльской АЭС.