Принципы нормирования облучения людей и загрязнения объектов

Табл. 1. Содержание природных радионуклидов в пищевых продуктах

Продукт	Удельная радиоактивность, Бк/кг *, по
калию-40	радию-226
Пшеница	148,0	0,074—0,096
Картофель	129,5	0,022—0,044
Горох	273,8	0,29—0,87
Говядина	85,1	0,029—0,074
Рыба	77,7	0,015—0,027
Молоко	44,4	0,001—0,0099
Свинина	33,3	-
Масло сливочное	3,7	0,037—0,011
Вода речная	0,037—0,592	0,009—0,080

* Бк/кг — единица удельной радиоактивности.

Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

В настоящее время основными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются:

урановая промышленность, которая занимается добычей, переработкой, обогащением и приготовлением ядерного топлива. Основным сырьем для этого топлива является уран-235. Аварийные ситуации могут возникнуть при изготовлении, хранении и транспортировке тепловыделяющих элементов (твэлов). Однако вероятность их незначительная;

ядерные реакторы разных типов, в активной зоне которых сосредоточены большие количества радиоактивных веществ;

радиохимическая промышленность, на предприятиях которой производится регенерация (переработка и восстановление) отработанного ядерного топлива. Они периодически сбрасывают сточные радиоактивные воды, хотя и в пределах допустимых концентраций, но тем не менее в окружающей среде неизбежно могут накапливаться радиоактивные загрязнения. Кроме того, некоторое количество радиоактивного газообразного йода (йод-131) все-таки попадает в атмосферу;

места переработки и захоронения радиоактивных отходов из-за случайных аварий, связанных с разрушением хранилищ, также могут явиться источниками загрязнения окружающей среды;

использование радионуклидов в народном хозяйстве в виде закрытых радиоактивных источников в промышленности, медицине, геологии, сельском хозяйстве и других отраслях. При нормальном хранении и использовании этих источников загрязнение окружающей среды маловероятно. Однако в последнее время появилась определенная опасность в связи с использованием радиоактивных источников в космических исследованиях и астронавтике. При запуске ракет-носителей, а также при посадке спутников и космических кораблей возможны аварийные ситуации. Так, при аварии Челенджера (США) сгорели радионуклидные источники тока, работающие на стронции-90. Также произошло загрязнение атмосферы над Индийским океаном в июне 1969 г., когда сгорел американский спутник, на котором генератор тока работал на плутонии-238. Тогда в атмосферу попали радионуклиды с активностью 17 тыс. кюри[3].

Вместе с тем наибольшее загрязнение окружающей среды все же создает сеть радиоизотопных лабораторий (которые имеются в очень многих странах мира), занимающихся использованием радионуклидов в открытом виде для научных и производственных целей. Сбросы радиоактивных отходов в сточные воды даже при концентрациях, меньше допустимых, с течением времени приведут к постепенному накоплению радионуклидов во внешней среде;

ядерные взрывы и возникающее после взрыва радиоактивное загрязнение местности (могут быть как локальные, так и глобальные выпадения радиоактивных осадков). Масштабы и уровни радиоактивных загрязнений при этом зависят от типа ядерных боеприпасов, вида взрывов, мощности заряда, топографических и метеорологических условий.

Существует несколько видов радиоактивного излучения, отличающихся по энергии и проникающей способности, которые оказывают неодинаковое воздействие на ткани живого организма.

Альфа-излучение —это поток положительно заряженных частиц, каждая из которых состоит из двух протонов и двух нейтронов. Проникающая способность этого вида излучения невелика. Оно задерживается несколькими сантиметрами воздуха, несколькими листами бумаги, обычной одеждой. Альфа-излучение может быть опасно для глаз. Оно практически не способно проникнуть через наружный слой кожи и не представляет опасности до тех пор, пока радионуклиды, испускающие альфа-частицы, не попадут внутрь организма через открытую рану, с пищей или вдыхаемым воздухом —тогда они могут стать чрезвычайно опасными. В результате облучения относительно тяжелыми положительно заряженными альфа-частицами через определенное время могут возникнуть серьезные повреждения клеток и тканей живых организмов.

Бета-излучение —это поток движущихся с огромной скоростью отрицательно заряженных электронов, размеры и масса которых значительно меньше, чем альфа-частиц. Это излучение обладает большей проникающей способностью по сравнению с альфа-излучением. От него можно защититься тонким листом металла типа алюминия или слоем дерева толщиной 1.25 см. Если на человеке нет плотной одежды, бета-частицы могут проникнуть через кожу на глубину несколько миллиметров. Если тело не прикрыто одеждой, бета-излучение может повредить кожу, оно проходит в ткани организма на глубину 1 2сантиметра.

Гамма-излучение,подобно рентгеновским лучам, представляет собой электромагнитное излучение сверхвысоких энергий. Это излучение очень малых длин волн и очень высоких частот. С рентгеновскими лучами знаком каждый, кто проходил медицинское обследование. Гамма-излучение обладает высокой проникающей способностью, защититься от него можно лишь толстым слоем свинца или бетона. Рентгеновские и гамма-лучи не несут электрического заряда. Они могут повредить любые органы.

Основные типы радиоактивных излучений: альфа, бета, нейтронные (группа корпускулярных излучений), рентгеновские и гамма-излучения (группа волновых).

Корпускулярные[2] представляют собой потоки невидимых элементарных частиц, имеющих массу и диаметр. Волновые излучения имеют квантовую природу. Это электромагнитные волны в сверхкоротковолновом диапазоне.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц, распространяющихся с начальной скоростью около 20 тыс. км/с. Их ионизирующая способность огромна, а так как на каждый акт ионизации тратится определенная энергия, то их проникающая способность незначительна: длина пробега в воздухе составляет 3—11 см, а в жидких и твердых средах — сотые доли миллиметра. Лист плотной бумаги полностью задерживает их. Надежной защитой от альфа-частиц является также одежда человека.

Поскольку альфа-излучение имеет наибольшую ионизирующую, но наименьшую проникающую способность, внешнее облучение альфа-частицами практически безвредно, но попадание их внутрь организма весьма опасно.

Бета-излучение — поток бета-частиц, которые в зависимости от энергии излучения могут распространяться со скоростью, близкой к скорости света (300 тыс. км/с). Заряд бета-частиц меньше, а скорость больше, чем у альфа-частиц, поэтому они имеют меньшую ионизирующую, но большую проникающую способность. Длина пробега бета-частиц с высокой энергией составляет в воздухе до 20 м, воде и живых тканях — до 3 см, металле — до 1 см. На практике бета-частицы почти полностью поглощают оконные или автомобильные стекла и металлические экраны толщиной в несколько миллиметров. Одежда поглощает до 50 % бета-частиц.

При внешнем облучении организма на глубину около 1 мм проникает 20—25 % бета-частиц. Поэтому внешнее бета-облучение представляет серьезную опасность лишь при попадании радиоактивных веществ непосредственно на кожу (особенно на глаза) или же внутрь организма. Так, после Чернобыльской аварии наблюдались бета-ожоги ног за 50—100 км от АЭС (например, в г. Народичи Житомирской области). Поэтому местному населению не рекомендовалось ходить по земле босиком.

Нейтронное излучение представляет собой поток нейтронов, скорость распространения которых достигает 20 тыс. км/с. Так как нейтроны не имеют электрического заряда, они легко проникают в ядра атомов и захватываются ими. При ядерном взрыве большая часть нейтронов выделяется за короткий промежуток времени. Они легко проникают в живую ткань и захватываются ядрами ее атомов. Поэтому нейтронное излучение оказывает сильное поражающее действие при внешнем облучении. Лучшими; защитными материалами от них являются; легкие водородсодержащие материалы: полиэтилен, парафин, вода и др.

Гамма-излучение — это электромагнитное излучение, испускаемое ядрами атомов при радиоактивных превращениях. Оно, как правило, сопровождает бета-распад, реже альфа-распад. По своей природе гамма-излучение представляет собой электромагнитное поле с длиной волны 10~8—10~и см. Оно испускается отдельными порциями (квантами) и распространяется со скоростью света. Ионизирующая способность его значительно меньше, чем у бета-частиц и тем более у альфа-частиц.

Зато гамма-излучение имеет наибольшую проникающую способность и в воздухе может распространяться на сотни метров. Для ослабления его энергии в два раза необходим слой вещества (слой половинного ослабления) толщиной: воды — 23 см, стали — около 3, бетона — 10, дерева — 30 см.

Из-за наибольшей проникающей способности гамма-излучение является важнейшим фактором поражающего действия радиоактивных излучений при внешнем облучении.

Хорошей защитой от гамма-излучений являются тяжелые металлы, например свинец, который для этих целей используется наиболее часто.

Рентгеновские излучения (икс-лучи) были открыты первыми из всех ионизирующих излучений и наиболее хорошо изучены. У них та же физическая природа (электромагнитное поле) и те же свойства, что и у гамма-излучений. Их различают прежде всего по способу получения, и в отличие от гамма-лучей они имеют внеядерное происхождение. Излучение получают в специальных вакуумных рентгеновских трубках при торможении (ударе о специальную мишень) быстро летящих электронов.

Энергия квантов рентгеновских лучей несколько меньше, чем гамма-излучения большинства радиоактивных изотопов; соответственно несколько ниже их проникающая способность. Однако это второстепенные различия. Поэтому рентгеновские лучи широко используют вместо гамма-излучения, в частности для экспериментального облучения животных, семян растений и т. п. С этой целью применяют рентгеновские установки для облучения (просвечивания) людей.

Лучшими защитными материалами от рентгеновских лучей являются тяжелые металлы и в частности свинец.

В последние десятилетия появилась возможность получать электромагнитные излучения высокой энергии с помощью ускорителей заряженных частиц. Такое синхротронное излучение обладает теми же свойствами, что и рентгеновское и гамма-излучение.

Дозой облучения называется энергия излучения, поглощенная в единице объема или массы вещества за все время воздействия излучения. Энергия излучения, поглощенная веществом, затрачивается на его ионизацию. Следовательно, доза облучения, характеризует степень ионизации вещества: чем больше доза, тем больше степень этой ионизации. Поэтому именно доза излучения (или облучения) является мерой поражающего действия радиоактивных излучений на организм человека, животного или растения. Одна и та же доза может накапливаться за разное время, причем биологический эффект облучения зависит не только от величины дозы, но и от времени ее накопления. Чем быстрее получена данная доза, тем больше ее поражающее действие, и наоборот.

Есть три вида доз: экспозиционная, поглощенная и эквивалентная. Доза излучения, ионизационный эффект гамма-излучений в воздухе называется экспозиционной. Именно ее и измеряют дозиметрическими приборами. Она характеризует источник и радиоактивное поле, которое он создает. Это потенциальная опасность облучения. Человек может войти в это поле и облучиться, но может не войти и, следовательно, не подвергнуться облучению. Но поле с определенной дозой излучения остается. Ее измеряют рентгенах (Р), а в системе СИ — кулонах на килограмм (Кл/кг).

Поглощенная доза облучения — это количество энергии различных видов ионизирующих излучений, поглощенное единицей массы данной среды. За единицу поглощенной дозы облучения принимают джоуль на килограмм (Дж/кг) — грей, а широко распространенной внесистемной единицей является рад.

Эквивалентная доза облучения учитывает то обстоятельство, что различные виды излучений создают разный биологический поражающий эффект при одной и той же дозе излучения. Например, альфа-излучение наносит человеку поражающий эффект в двадцать раз больший, чем такая же доза гамма-излучения. Чтобы учесть неравномерность поражения от различных видов излучений введен «коэффициент качества», на который необходимо умножить величину поглощенной дозы от определенного вида излучения, чтобы получить эквивалентную дозу. Все национальные и международные нормы установлены именно в эквивалентной дозе облучения.

Внесистемной единицей этой дозы является бэр, а в системе СИ — зиверт (Зв).

Уровень радиации (мощность дозы) характеризует интенсивность излучения (как правило, гамма-излучения). Это доза, создаваемая за единицу времени и характеризующая скорость накопления дозы. Измеряется в рентгенах в час (Р/ч). Чем больше уровень радиации (фон), тем меньше времени должны находиться на загрязненном участке люди, чтобы полученная ими Доза облучения не превысила допустимую. Так как уровень радиации пропорционален активности радиоактивных веществ, которая в соответствии с законом радиоактивного распада непрерывно уменьшается во времени, то и уровень радиации на местности после ее радиоактивного загрязнения также непрерывно снижается. Например, после аварии на ЧАЭС фон в г. Киеве 30 апреля 1986 г. превышал доаварийный в сотни раз, а к настоящему времени он значительно снизился и превышает доаварийный только в 1,5—2 раза, что в общем-то абсолютно безопасно, так как естественный фон на Земле колеблется в очень широких пределах. Даже в Советском Союзе он разный (в районе Алтайских гор в 10—20 раз выше, чем в г. Киеве).

Степень загрязнения радиоактивными веществами характеризуется плотностью загрязнения, которая измеряется количеством радиоактивных распадов атомов, происходящих за единицу времени на единице поверхности, в единице массы или объема, т. е. единицами удельной активности (см. приложение 1). Знание степени загрязнения позволяет оценить вредное биологическое воздействие радиоактивно загрязненных предметов и веществ при соприкосновении с ними или попадании их внутрь организма. Радиоактивное загрязнение может быть поверхностным (тонкий микронный слой) или же объемным и массовым (глубинное, структурное загрязнение).

В полевых условиях часто достаточно определить не абсолютное значение радиоактивного загрязнения, а лишь установить, как загрязнен объект: выше или ниже допустимого значения. Для продовольствия, воды, фуража, попадающих внутрь организма человека или животного, допустимая степень загрязнения приводится также в единицах удельной активности.

Принципы нормирования облучения людей и загрязнения объектов

В нормальных (безаварийных) условиях облучение человека создается космическим излучением, естественными и искусственными радиоактивными веществами, содержащимися в теле человека и окружающей среде.

С целью предупреждения соматических (самого облучаемого) и сведения к минимуму генетических (наследственных) последствий необходимо ограничивать дозы внешнего и внутреннего облучений населения.

В настоящее время все страны, использующие атомную энергию, имеют национальные нормы и правила радиационной безопасности, основанные на рекомендациях Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ). Есть такие нормы и в нашей стране. Это «Нормы радиационной безопасности НРБУ-97», которые основаны на следующих принципах радиобиологии:

· непревышение установленного основного дозового предела;

· исключение всякого необоснованного облучения;

· снижение дозы излучения в любой ситуации до возможно низкого уровня.

НРБУ-97 установлены три категории облучаемых лиц:

А — персонал, т. е. профессиональные работники, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений;

Б — ограниченная часть населения, т. е. лица, которые не работают непосредственно с источниками ионизирующего излучения, но по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию радиоактивных веществ или других источников излучения, применяемых в учреждении или удаляемых во внешнюю среду;

В — все остальное население (страны, Республики, края, области, района)'.

В силу того, что при радиоактивном облучении биологическая поражаемость органов тела человека или отдельных систем организма неодинакова, их делят на группы:

I (наиболее уязвимая) — все тело[1], гонады и красный костный мозг (кроветворная система);

II — хрусталик глаза, щитовидная железа (эндокринная система), печень, почки, легкие, мышцы, жировая ткань, селезенка, желудочно-кишечный тракт, а также другие органы, которые не вошли в I и III группы;

III— кожный покров, костная ткань, кисти, предплечья, стопы и голени.

Необходимо уменьшить поступление радионуклидов с водой, воздухом и пищевыми продуктами людям, проживающим на загрязненной территории.

Для защиты населения и охраны окружающей среды необходимо принимать меры по предупреждению и ограничению образования радиоактивных отходов и уменьшению их количества.

Для чего введены нормы и различные ограничения?

Учеными установлено, что только облучение от естественного природного фона для человека безвредно. Даже ослабленные болезнью люди, дети, старики от естественного фона не страдают. Но в то же время любые сверхфоновые облучения для человека небезопасны.

В настоящее время хорошо изучены последствия от больших доз (50—1000 бэр), приводящих к лучевой болезни I, II, III или IV степени. Возникает слабость, головокружение, головная боль, тошнота, рвота, понос, бледнеют кожа и слизистые, колеблется артериальное давление, повышается температура тела, изменяется состав крови, наступает лихорадочное состояние, судороги и потеря сознания. Затем происходят изменения периферической крови, лейкопения с абсолютной лимфопенией, резкое падение количества лейкоцитов, уменьшение количества эритроцитов и гемоглобина. Отмечаются лучевые ожоги, кровоизлияния на коже, слизистых, иногда внутренние кровотечения; облысение, частичное выпадение волос и нарушение менструального цикла у женщин. При III и IV степени лучевой болезни наступает смерть.

Гораздо меньше изучены последствия от малых доз хронического незначительного, сверхфонового облучения. Как показывают результаты последних исследований, такое облучение может проявляться в снижении, скорости роста, замедления темпов развития, пониженной сопротивляемости организма к инфекциям и другим факторам внешней среды и в сокращении продолжительности жизни.

Рассмотрим пути поступления, характер накопления и нормирования одного из самых биологически опасных радионуклидов — стронция-90.

Критическим органом по стронцию является костная ткань, где замещая свой химический аналог — кальций, он депонируется (накапливается). Независимо от путей и ритма поступления в организм, растворимые соединения стронция избирательно накапливаются в скелете, а в мягких тканях организма задерживается менее 1% стронция. При достаточном содержании кальция в рационе, всасывание стронция уменьшается в три раза и он выводится из организма. Если же стронций отложился в костной ткани, то он практически не выводится и постоянно подвергает облучению красный костный мозг и кроветворную систему человека.

У животных механизм поступления, отложения и накапливания стронция аналогичный. Большие дозы вызывают лучевую болезнь, которая протекает остро. Изменения в кроветворных органах и картине крови характерны в течение всего периода болезни животного. У растущих животных (молодняк) под действием даже небольших доз стронция-90 происходят различные нарушения минерального обмена и развивается стронциевый рахит. У лактирующих животных всасывание стронция в два выше, чем у не лактирующих. Под действием проникшего стронция в организме животного отмечается снижение иммуннобиологических и защитных свойств; торможение выработки антител при вакцинации снижение иммунитета и угнетение активности клеток крови и тканевых элементов Кроме того, нарушаются все виды обмена веществ, поражается хрусталик глаза, можно катаракта.